1、电力拖动基础电力拖动基础总结总结11/19/20221第一第一章章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础 运动方程式运动方程式tvmFFzddtJTTzddgGDmJ422单位为kg m2旋转运动旋转运动转动惯量转动惯量直线运动直线运动tnGDTTzdd3752式中：GD2=4gJ 称为飞轮惯量飞轮惯量（N m2）。11/19/20222第一第一章章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础 运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号运动方程式的一般形式tnGDTTzdd375)()(2规定某一转动方向为参考（正）方向，电磁转矩T：与参考方向一致取正，反之取负；阻转矩Tz
2、：与参考方向一致取负，反之取正。11/19/20223第一第一章章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础 工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构转矩工作机构转矩T 的折算的折算折算的原则是系统的传送功率不变zzzTTzzzvFT传动机构与工作机构飞轮惯量折算传动机构与工作机构飞轮惯量折算折算的原则是转动惯量JZ中及质量mZ 中储存的动能相等2222211222121212121zzdJJJJJ2222zzzvmJczzzvFT/czzzTT/11/19/20224第一第一章章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础 生产机械的负载
3、转矩特性生产机械的负载转矩特性定义：定义：在运动方程式中，阻转矩（或称负载转矩）Tz 与转速n 的关系Tz=f(n)即为生产机械的负载转矩特性。分类分类大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型：恒转矩负载、风机负载、恒功率负载。11/19/20225第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性机械特性方程式机械特性方程式直流电动机的几个基本方程式aTICTnCEeaRIEUaaeaCRIUnTCCRCUnTee2eTCC55.9机械特性方程式11/19/20226第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动 他励直流电动
4、机的机械特性他励直流电动机的机械特性固有机械特性与人为机械特性固有机械特性与人为机械特性21N21N11/19/20227第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动直流电动机起动时的过渡过程直流电动机起动时的过渡过程azICtnGDTTT2dd375tITItICCRGDCTIatMzaTeTzadddd37522ezeCRIUntnCCRGDdd3752T2eaCRIUn11/19/20228第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动分类分类1)机械制动 电磁制动器，即机械抱闸；2)电气
5、制动 能耗制动、反接制动、回馈制动（再生制动）能耗制动能耗制动aezaTezaICRRTCCRRn211/19/20229第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动能耗制动能耗制动222)(dd375)(TezazTezaCCRRTtnCCRRGDntMtMTtstTtznnn/e)e1(aezaICRRntMtMTtzstzTtzestezeaIIIRnCRnCRnCI/e)(e)(0ttTIzIatTt-nz0n11/19/202210第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动反接制动反
6、接制动转速反向的反接制动TCCRRnnTea2011/19/202211第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动反接制动反接制动电枢反接的反接制动TCCRRnnTea2011/19/202212第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动反接制动反接制动电枢反接时反接制动的过渡过程tnGDTTzdd3752TCCRRnnTea20zTtzstnennntM/)(22375)(TeatMCCRRGDT)(20zTeazTCCRRnnzTtzstaIeIIItM/)(0ttTIzIatTt-nz
7、0nnst-IzIst11/19/202213第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动回馈制动回馈制动位能负载拖动电动机位能负载拖动电动机他励电动机改变电枢电压调速他励电动机改变电枢电压调速11/19/202214第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速调速方法调速方法机械、电气、机械电气配合电气方法电气方法改变电枢供电电压、改变励磁、改变电枢回路电阻TCCRCUnTee211/19/202215第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动他励直流电动机的调速他励直流电动机的调
8、速调速时的技术指标调速时的技术指标1)调速范围DminmaxminmaxvvnnD2)静差率d（或称相对稳定性）%100%100000nnnnnNNd)1()1()1(NmaxNmax0N0maxN0maxminmaxddddnnnnnnnnnnnnnD3)调速范围D与静差率d之间的关系4)平滑性11iiiivvnn5)调速时的容许输出容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩11/19/202216第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动过渡过程能量损耗过渡过程能量损耗1)空载起动空载起动2)空载能耗制动空载能耗制动3)空载反接制动空载反接制
9、动4)空载反转过程空载反转过程5)减少过渡过程减少过渡过程能量损耗方法能量损耗方法减少系统动能储存量J0/2电枢设计成细而长的形状采用双电动机拖动合理选择起、制动方式起动时，逐级改变加在电动机上的电压制动时，若不能采用回馈制动应尽量采用能耗制动xstdJA)(000021)(0JdJAst200121d)(0JJAT2000223d)(0JJAT20032d)(00JJAT11/19/202217第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式1)物理表达式物理表达式222222XsR
10、EI00/)(nnns)(2Ifn22cosICTmTJ)(Tfn 00/)(nnns222222)/(/cosXsRsR)(cos2 fn11/19/202218第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式2)参数表达式参数表达式2212212201/XXsRRsRUmTx00/)(nnns)(Tfn 60200n221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm通常211XXR212XXRsm)(221021XXUmTxm11/19/202219第三章第三章 三相异
11、步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式3)实用表达式实用表达式2212112012XXRRUmTxm2212212201/XXsRRsRUmTx2121/2/12RRsssssRRsTTmmmmm忽略R1，则ssssTTmmm/211/19/202220第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机固有机械特性与三相异步电动机固有机械特性与人为人为机械特性机械特性1)固有机械特性固有机械特性几个特殊运行点几个特殊运行点1）起始点A，特点：
12、n=0（s=1），T=Tst，I1st=（47）IN；2）额定工作点B，特点：n=nN（s=sN），T=TN，I1=IN；3）同步转速点H，特点：n=n0（s=0），T=0，I1=I0；4）最大转矩点P和P电动状态最大转矩点P，特点：T=Tm，s=sm，对应书中式(10-16)、(10-17)中的正号；回馈制动最大转矩点P，特点：T=Tm，s=sm，对应书中式(10-16)、(10-17)中的负号。11/19/202221第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机固有机械特性与三相异步电动机固有机械特性与人为人为机械特性机械特性2)
13、人为机械特性人为机械特性降低降低 Ux时的人为机械特性时的人为机械特性221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst当降低Ux时，Tm，Tst与Ux2成正比，sm与Ux无关。11/19/202222第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机固有机械特性与三相异步电动机固有机械特性与人为人为机械特性机械特性2)人为机械特性人为机械特性转子回路串联对称电阻转子回路串联对称电阻时的时的人为机械特性人为机械特性R2增大时，n0，Tm不变，sm增大，Tst一开始增大，当增大到Tst=T
14、m后Tst开始减小。221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst11/19/202223第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机固有机械特性与三相异步电动机固有机械特性与人为人为机械特性机械特性2)人为机械特性人为机械特性定子回路串联对称电抗定子回路串联对称电抗时的时的人为机械特性人为机械特性X1增大时，n0不变，Tm、sm、Tst随X1的增大而减小。221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst11/19/202
15、224第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机固有机械特性与三相异步电动机固有机械特性与人为人为机械特性机械特性2)人为机械特性人为机械特性定子回路串联对称电阻定子回路串联对称电阻时的时的人为机械特性人为机械特性R1增大时，n0不变，Tm、sm、Tst随X1的增大而减小，与定子回路串对称电抗相似。221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst11/19/202225第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机固有机
16、械特性与三相异步电动机固有机械特性与人为人为机械特性机械特性2)人为机械特性人为机械特性转子回路接入并联电抗转子回路接入并联电抗时的时的人为机械特性人为机械特性起动初期，转子频率相当大，电 抗 器 的 感 抗Xst=2psf1Lst较大，转子电流的大部分将流过电阻Rst，这时相当于转子串电阻起动。随着起动过程的进行，sf1或Xst越来越小，起动结束时，Xst很小，几乎将Rst短接。11/19/202226第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机三相异步电动机各种运转状态各种运转状态1)电动运转状态电动运转状态电动运转状态的特点是电
17、动机转矩的方向与旋转的方向相同，机械特性落在第一与第三象限。电动状态时，电动机从电网吸收电能，转换成机械能带动负载。11/19/202227第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机三相异步电动机各种运转状态各种运转状态2)制动运转状态制动运转状态这时，nn0，转差率s为：回馈制动回馈制动0/00nnns11/19/202228第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机三相异步电动机各种运转状态各种运转状态2)制动运转状态制动运转状态这时转差率s为：反接制动反接制动转速反
18、向的反接制动1)()(00nnns11/19/202229第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机三相异步电动机各种运转状态各种运转状态这时转差率s为：反接制动反接制动定子两相反接的反接制动1)()()(00nnns2)制动运转状态制动运转状态11/19/202230第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机三相异步电动机各种运转状态各种运转状态能耗制动能耗制动能耗制动的优点：1)改变转子电阻或通入定子的直流励磁均可调节制动转矩；2)当电动机转速下降到零时，制动转矩亦下
19、降到零，使生产机械准确停车；3)常用于矿井提升及起重运输等生产机械。2)制动运转状态制动运转状态11/19/202231第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态根据根据异步电动机异步电动机的技术数据计算其参数的技术数据计算其参数异步电动机异步电动机的技术数据的技术数据一般可查到下列技术数据技术数据：1）额定功率 PN（kW）；2）额定定子线电压 U1N（V）；3）额定定子线电流 I1N（A）；4）额定转速nN（r/min）；5）额定效率；6）定子额定功率因数cos1N；7）过载倍数KT，KT=Tm/TN；8）飞轮惯量GD2（Nm2）；9）对于绕
20、线转子异步电动机，还给出两个转子数据，即 a）转子额定线电动势E2N（V）；b）转子额定线电流I2N（A）。10）对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给出下列两个数据 a）起动转矩倍数 Kst，Kst=Tst/TN；b）起动电流倍数K1，K1=I1st/I1N。11/19/202232根据根据异步电动机异步电动机的技术数据计算其参数的技术数据计算其参数异步电动机异步电动机的的参数计算参数计算额定转矩TN（Nm）NNN9550nPT 最大转矩Tm（Nm）NTmTKT 绕线转子每相绕组电阻R2（）2N2NN23IEsR 定子绕组每相电阻R11N1N1395.0IsURN定子型接法临界转差率定子Y型
21、接法1N1N1395.0IsURN12NTTmKKss第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态11/19/202233第三章第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态根据根据异步电动机异步电动机的技术数据计算其参数的技术数据计算其参数异步电动机异步电动机的的参数计算参数计算总电抗X，X=X1+X22121N2210RRTKpUXTx定子电抗X1及转子电抗X2XXX5.021转子绕组每相电阻折算值R2还有其它计算公式空载电流I0NNNII211N10tgcossinN21212/tgsRRXXN其中励磁电
22、抗X0定子型接法定子Y型接法0N10395.0IUX 0N10395.0IUX 11/19/202234第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算异步电动机起动方法异步电动机起动方法笼型笼型异步电动机起动方法异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动直接起动、降压起动、软启动起动电动机容量电源总容量341N111IIKst直接起动直接起动一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求的，电动机也可允许直接起动。11/19/202235第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算
23、三相异步电动机的起动及起动设备的计算异步电动机起动方法异步电动机起动方法笼型笼型异步电动机起动方法异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动直接起动、降压起动、软启动降压起动降压起动定子串电阻或电抗降压起动11/19/202236第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算异步电动机起动方法异步电动机起动方法笼型笼型异步电动机起动方法异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动直接起动、降压起动、软启动降压起动降压起动自耦补偿起动通过自耦变压器，从电网吸取的电流为stxIWWIWWI21212111/19/202237第四章第四章 三相异步电动机的起
24、动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算异步电动机起动方法异步电动机起动方法笼型笼型异步电动机起动方法异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动直接起动、降压起动、软启动降压起动降压起动星形/三角形（Y/）降压起动降压起动降压起动延边三角形降压起动11/19/202238第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算异步电动机起动方法异步电动机起动方法笼型笼型异步电动机起动方法异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动直接起动、降压起动、软启动软起动软起动软起动器分为磁控式与电子式两种，目前主要使用电子式软起动器。电子式软起动器的五种启
25、动方法：1）限流或恒流起动方法；2）斜坡电压起动法；3）转矩控制起动法；4）转矩加脉冲突跳控制起动法；5）电压控制起动法11/19/202239第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算异步电动机起动方法异步电动机起动方法绕线式绕线式异步电动机起动方法异步电动机起动方法转子串电阻转子串电阻转子串频敏变阻器转子串频敏变阻器电动机起动时s=1，转子频率较高，f2=sf1=50Hz，这时频敏变阻器内与频率平方成正比的涡流损耗较大，等效电阻Rm也较大，起到限制起动电流的作用。11/19/202240第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电
26、动机的起动及起动设备的计算改善起动性能的三相异步电动机改善起动性能的三相异步电动机深槽异步电动机深槽异步电动机双笼型异步电动机双笼型异步电动机11/19/202241第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算笼型异步电动机定子对称起动电阻计算笼型异步电动机定子对称起动电阻计算设全压直接起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别为I1st，Tst；定子串电阻起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别I1st，TstaaKIIIIstst11XXXRRR1121RRaXaRst22221RbRXbRst221考虑TstI21st，则，a2=bbaKTTTst
27、stst11/19/202242第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算笼型异步电动机定子对称起动电阻计算笼型异步电动机定子对称起动电阻计算ZR4.025.0N1N11N133IKUIUZIst1N1N1N133IKUIUZIstZRZX97.091.022定子绕组为星形接法时定子绕组为三角形接法时一般情况下，按电动机的平均数值可令则11/19/202243第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算图解法图解法21rkbbdR
28、23rkbfhR22rkbdfR11/19/202244第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算解析法解析法212112211TTrRRRRRRRmmmm令21TTlglglglg1NN2TsTrRmm1211mmmmmmRrRRR11/19/202245第四章第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算三相异步电动机的起动及起动设备的计算异步电动机过渡过程的能量损耗异步电动机过渡过程的能量损耗异步电动机过渡过程能量损耗的一般公式异步电动机过渡过程能量损耗的一般公式22
29、2120121xstssRRJA空载起动空载起动2120121RRJAst空载反接制动空载反接制动stTARRJA3121321201空载能耗制动空载能耗制动21202121RRJAT11/19/202246第五章第五章 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速异步电动机转速表达式异步电动机转速表达式变极调速变极调速spfsnn160110YYY时时 YY时时11/19/202247第五章第五章 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速f1较高时，可忽略R1，则11060fpfn221212XXRRsm1121fXXRsm变频调速变频调速11/19/202248第五章第五章 三相异步电动机的调
30、速三相异步电动机的调速能耗转差调速能耗转差调速转子串电阻调速11/19/202249第五章第五章 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速滑差电动机调速改变定子电压调速能耗转差调速能耗转差调速11/19/202250第五章第五章 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速引入与sE2同相的EfzzTTTIEsEsnTTTI2f22)(引入与sE2反相的EfzzTTTIEsEsnTTTI2f22)(能耗转差调速能耗转差调速串级调速绕线异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。11/19/202251第五章第五章 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速引入超前sE2某一
31、角度q的Ef，即可调速，又可以提高异步电动机功率因数能耗转差调速能耗转差调速串级调速11/19/202252第五章第五章 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速能耗转差调速能耗转差调速晶闸管串级调速系统11/19/202253第六章第六章 多多电电动动机拖动机拖动系统系统硬轴联结的双电动机拖动系统硬轴联结的双电动机拖动系统他励直流电动机的双机拖动他励直流电动机的双机拖动11/19/202254第六章第六章 多多电电动动机拖动机拖动系统系统硬轴联结的双电动机拖动系统硬轴联结的双电动机拖动系统交流异步电动机的双机拖动交流异步电动机的双机拖动M1电动状态时的机械特性M2能耗制动时的机械特性合成机械
32、特性11/19/202255第六章第六章 多多电电动动机拖动机拖动系统系统硬轴联结的双电动机拖动系统硬轴联结的双电动机拖动系统交流异步电动机的双机拖动交流异步电动机的双机拖动M1电动状态时的机械特性M2反接制动时的机械特性合成机械特性11/19/202256第六章第六章 多多电电动动机拖动机拖动系统系统同步同步旋转系统（电轴系统）旋转系统（电轴系统）辅助异步电动机顺着定子磁场旋转辅助异步电动机顺着定子磁场旋转M1重载、M2轻载时具有辅助电动机的电轴系统具有辅助电动机的电轴系统11/19/202257第六章第六章 多多电电动动机拖动机拖动系统系统同步同步旋转系统（电轴系统）旋转系统（电轴系统）具
33、有辅助电动机的电轴系统具有辅助电动机的电轴系统辅助异步电动机逆着定子磁场旋转辅助异步电动机逆着定子磁场旋转M1重载、M2轻载时11/19/202258第七章第七章 电力拖动电力拖动系统系统电电动动机的选择机的选择电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机发热过程电动机发热过程设电动机的热容为C（电动机温度升高1C所需的热量），A=aS为电动机的散热系数（其中S为散热表面积，a为传热系数，即温度升高1C时，每秒钟向单位面积上散发的热量）则电动机的热平衡方程式热平衡方程式为为tACtddd令TAC/WA/WtTddTtQTtW/e)e1(11/19/202259第七
34、章第七章 电力拖动电力拖动系统系统电电动动机的选择机的选择电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机发热过程电动机发热过程TtQTtW/e)e1(若发热过程从周围介质温度开始，即Q0，则t0W)e1(/TtWQ11/19/202260第七章第七章 电力拖动电力拖动系统系统电电动动机的选择机的选择电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机冷却过程电动机冷却过程若电网断开后，P=0，即W=0，则冷却过程温升变化规律方程式为：)(e)e1(/QWTtQTtWt0WQTtQ/e11/19/202261第七章第七章 电力拖动电力拖动系统系统电电动动机的选择机的选择电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机工作制分类电动机工作制分类连续工作制连续工作制短时工作制短时工作制11/19/202262第七章第七章 电力拖动电力拖动系统系统电电动动机的选择机的选择电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机的发热与冷却及电动机的工作制电动机工作制分类电动机工作制分类断续周期工作制断续周期工作制连续周期工作制连续周期工作制11/19/202263
