電氣傳動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介--課件

1、目目 錄錄第一節(jié)：直流電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速簡(jiǎn)介第二節(jié)：交流異步電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速簡(jiǎn)介第三節(jié)：同步電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速簡(jiǎn)介第一節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有電刷和換向器，必須經(jīng)常檢查維修，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電源。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車。（3）易于控制。應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大 型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。（3）家庭：電動(dòng)縫紉機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)玩具1. 概述2. 工作原理 U+NS電刷換向片 直流電源電刷換向

2、器線圈II第一節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介電刷和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+NS電刷換向片II注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+NS電刷換向片IIFFU+NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反。3.直流電機(jī)的構(gòu)成直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁式直流電

3、動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)4.直流電機(jī)的分類 根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。M他勵(lì)UfIfIaUM并勵(lì)UIfM串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)U5.電樞電動(dòng)勢(shì)及電壓平衡關(guān)系電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)起來。通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（用E表示）。一、 電樞中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)FFU+NS電刷換向片IIEE根據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，其大小為：nKEE

4、KE：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ：磁通單位： （韋伯），n（轉(zhuǎn)/每分），E（伏）FFU+NS電刷換向片IIEE二、 電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系因?yàn)镋與通入的電流方向相反，所以叫反電勢(shì)。aaRIEUU：外加電壓Ra:繞組電阻MRaIaE+U以上兩公式反映的概念：(1)電樞反電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想 改變E，只能改變 或 n。(2)若忽略繞組中的電阻Ra，則 ， 可見，當(dāng)外加電壓一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁通成反 比，通過改變 可調(diào)速。nKEUEnKEE6. 電磁轉(zhuǎn)矩aTIKT KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) （與線圈大小，磁極的對(duì)數(shù)等有關(guān)） ：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流一

5、、電磁轉(zhuǎn)矩單位： （韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）由轉(zhuǎn)矩公式可知：(1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵(lì)磁磁通和電樞電流。(2)改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者 改變磁通的方向。二、 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須和外加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即0TTTLTL： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0 ：空載轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩平衡過程：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時(shí)，通過電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)新的平衡。例：設(shè)外加電樞電壓 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，這時(shí)，若TL突然增加，則調(diào)整過程為：與原平衡點(diǎn)相比，新的平衡點(diǎn)：Ia 、 P入TL nEIa T 最后達(dá)

6、到新的平衡點(diǎn)。aTIKT aaRIEU 機(jī)械特性指的是電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，下邊以他勵(lì)和串勵(lì)電機(jī)為例說明。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性一樣。7. 機(jī)械特性 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性即：TKKRnETa2KUnE0nnn0其中，aTEaaIKTnKERIEUTKKRKUnETaE2M他勵(lì)UfIfIaUn0： 理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速。（實(shí)際工作時(shí),由于有空載損耗，電機(jī)的T不會(huì)為0。）當(dāng) T時(shí)n ，但由于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電阻Ra很小，所以在負(fù)載變化時(shí)， 轉(zhuǎn)速 n 的變化不大，屬硬機(jī)械特性。根據(jù) n-T 公式畫出特性曲線n0nNTNTn nTKKRnETa2KUnE0nnn0其中，8. 直

7、流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維護(hù)不方便，但它的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好。下面以他勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例說明直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。（1）調(diào)速均勻平滑，可以無級(jí)調(diào)速。（2）調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200 （他勵(lì)式）以上 （調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是：由該式可知，n 和 有關(guān)，在 U 一定的情況下，改變 可改變 n 。在勵(lì)磁回路中串上電阻Rf，改變Rf大小調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，從而改變 的大小。一、改變磁通（調(diào)磁）1.原理TKKRnETa2KUnE0nnn0其中，M他勵(lì)UfIfIaU其中： =K If Rf If n ，但在額定情況下， 已接 近飽和，I

8、f 再加大，對(duì) 影響不大，所以這種增加 磁通的辦法一般不用。 Rf If n ，減弱磁通是常用的調(diào)速方 法。If的調(diào)節(jié)有兩種情況：概念：改變磁通調(diào)速的方法 減小磁通，n只能上調(diào)。TKKRnETa2KUnE0nnn0其中，二、改變電樞電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速特性方程知：調(diào)電樞電壓U，n0變化，斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。1.特性曲線nn0n0n0電壓降低TTKKRnETa2KUnE0nnn0其中，2.改變電樞電壓調(diào)速的特點(diǎn)（1）工作時(shí)電樞電壓一定，電壓調(diào)節(jié)時(shí)，不允許超 過UN，而 n U，所以調(diào)速只能向下調(diào)。（2）可得到平滑、無級(jí)調(diào)速。（3）調(diào)速幅度較大。MUfIfIaU變壓整流220V整流調(diào)壓

9、220VUf=110V固定U=0110V可調(diào)改變電樞電壓調(diào)速方案舉例：(1)若電動(dòng)機(jī)原本靜止，由于勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩 T = KT Ia， 而 0 ，電機(jī)將不能啟動(dòng)，因此，反電動(dòng)勢(shì) 為零，電樞電流會(huì)很大，電樞繞組有被燒毀 的危險(xiǎn)。直流機(jī)在啟動(dòng)和工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要接通，不能讓它斷開，而且啟動(dòng)時(shí)要滿勵(lì)磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：注意：（2）如果電動(dòng)機(jī)在有載運(yùn)行時(shí)磁路突然斷開， 則 E ，Ia ，T 和 ，可能不滿 足TL的要求，電動(dòng)機(jī)必將減速或停轉(zhuǎn)，使 Ia更大，也很危險(xiǎn)。（3）如果電機(jī)空載運(yùn)行，可能造成飛車。 E Ia T T0 n飛車措施：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一定要有失磁保護(hù)。一般在

10、勵(lì)磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當(dāng)失壓或欠流時(shí)，自動(dòng)切斷電樞電源U。M他勵(lì)UfIfIaU第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 氣隙。氣隙。( (一一) )定子：定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座。定子：定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座。1 1、定子鐵芯：主磁路的一部分，由、定子鐵芯：主磁路的一部分，由0.5mm0.5mm厚厚的硅鋼片迭壓而成。的硅鋼片迭壓而成。2 2、定子繞組：交流繞組，定子電路由許多線、定子繞組：交流繞組，定子電路由許多線圈按一定規(guī)律連接而成。圈按一定規(guī)律連接而成。3 3、機(jī)座：固定和支撐定子鐵芯。、機(jī)座：固定和支撐定子鐵芯。第二節(jié)三相

11、異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介(二)轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸1、轉(zhuǎn)子鐵芯：主磁路的一部分 由0.5mm厚的硅鋼片迭壓而成。2、轉(zhuǎn)子繞組：分為鼠籠式和繞線式。1)鼠籠式：一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子或銅條轉(zhuǎn)子。2)繞線式：是對(duì)稱三相繞組，接成星形，并接到 轉(zhuǎn)軸上三個(gè)集電環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介(三)氣隙： 中小型電機(jī)一般為0.22mm， 它與電機(jī)性能關(guān)系極大。1、氣隙大磁阻大產(chǎn)生同樣大小磁場(chǎng) 需要較大的勵(lì)磁電流使電機(jī)的功率因 數(shù)降低。2、氣隙小裝配困難和運(yùn)轉(zhuǎn)不安全。 氣隙大小，設(shè)計(jì)、制造應(yīng)綜合考慮。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介二、工作原理 （1）對(duì)稱定子繞組外加對(duì)稱三相交流電壓，定子繞組內(nèi)有

12、對(duì)稱三相交流電流，它們聯(lián)合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 （2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將感應(yīng)電勢(shì)，從而在閉合的導(dǎo)條中產(chǎn)生電流，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將受到電磁力的作用，并且形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子順旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn),若轉(zhuǎn)子軸上有負(fù)載，電動(dòng)機(jī)將輸出機(jī)械功率。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介三、電機(jī)端子接線盒接線第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介四、電機(jī)電磁理論簡(jiǎn)析1.空載時(shí)的電磁關(guān)系1U1E)(0mII02IsE2m)(mF0F第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁物理過程1U1I1EmF1FmsE2sI211RI12F22RIss2sE21E第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介五、三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型及計(jì)算1.等效電路21EE1U1I2U2I

13、21Rss1R1X2R2XmXmR等效電路的分析：等效電路的分析：（1）空載運(yùn)行：）空載運(yùn)行：（2）短路運(yùn)行：）短路運(yùn)行：21 0 Rsssnns01 1 02Rsssn第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2. 功功率方程、率方程、電磁電磁功率和轉(zhuǎn)換功功率和轉(zhuǎn)換功率率從能量守恒來看1P電功率1cupFepeP電磁功率2cupPpp2P 機(jī)械功率總機(jī)械功率FeCueppPP112CuepPPppPP2第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介從與電機(jī)等效電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系來看1U21Rss1R1X2R2XmXmR1cupFep2cupP12111RImpCu22212RImpCummFeRImp2111111cosIUmP 22

14、211RSSImPSRImPe2221第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 電磁功率： 轉(zhuǎn)換功率： 轉(zhuǎn)換功率不等于電磁功率，電磁功率中，（1-s）部分轉(zhuǎn)換為 機(jī)械功率為 轉(zhuǎn)換功率，則s部分變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅損， 因此又稱 為轉(zhuǎn)差功率。SRImPe2221ePsRSSImP)1 (12221esP第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介3.轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)矩方程 電磁轉(zhuǎn)矩ppPP2 由功率方程02 TTTe得轉(zhuǎn)矩方程seePPT pfIEmPse/2 cos 12221又222222222211cos cos2 cos2ICIkNpmIEmfpTmTme第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介六、電機(jī)的特性曲線六、電機(jī)的特性曲線1. 機(jī)械特性 )(eT

15、fn eT0nsnNT第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2. 電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率特性曲線電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率特性曲線2P，eTI11coseT1I1cos第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介七、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)七、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.啟動(dòng)性能指標(biāo)起動(dòng)電流倍數(shù)： 越小越好起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： 越大越好起動(dòng)時(shí)間 ： 越短越好起動(dòng)設(shè)備：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠NstII /NstTT /stt第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2. 籠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的的直直接啟動(dòng)接啟動(dòng)啟動(dòng)特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流大 =57 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大 =12原因分析：（1）啟動(dòng)電流大：?jiǎn)?dòng)時(shí)，n=0， s=1，轉(zhuǎn)子切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度最大，

16、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)最大，其感生電流也最大，據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系，定子電流也最大。或根據(jù)簡(jiǎn)化等效電路： 僅受定、轉(zhuǎn)子漏阻抗的限制而正常運(yùn)行時(shí)，（ S很小） NstII /NstTT /2212211)()(XXRRUIst22122111)()/(XXsRRUI故啟動(dòng)電流比正常電流大得多。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介原因分析：（2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大： 因起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子側(cè)起動(dòng)電流的有功分量成正比，而起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率較大(工頻50赫茲)，轉(zhuǎn)子漏電抗遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)子的內(nèi)功率因數(shù)角接近90度，即內(nèi)功率因數(shù)很低，故起動(dòng)電流大，而起動(dòng)電流的有功分量并不大；另外，由于起動(dòng)電流大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使感應(yīng)電勢(shì)

17、減小，相應(yīng)的主磁通也減小。 所以，盡管起動(dòng)電流大，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介3. 起動(dòng)電流大的危害起動(dòng)電流大的危害（1）電網(wǎng)電壓降低，影響同網(wǎng)的其它電機(jī)正常運(yùn)行； （2）電磁力的危害：定子繞組端部變形，鼠籠條斷裂；（3）電動(dòng)機(jī)繞組過熱，引起絕緣老化。4. 降降壓?jiǎn)?dòng)壓?jiǎn)?dòng)限制啟動(dòng)電限制啟動(dòng)電流流 （1） 星三角起動(dòng)：起動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形連接，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近于穩(wěn) 定時(shí)，再改接成三角形連接。適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用三角形連接的電動(dòng)機(jī)。（2）低壓軟啟動(dòng)器啟動(dòng)：采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓 逐漸增加，電動(dòng)機(jī)

18、逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù) 時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介三種起動(dòng)過程的電流比較一級(jí)降壓起動(dòng) 軟起動(dòng)器 直接起動(dòng) 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程與電流沖擊第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介5. 繞繞線線型三相異步電動(dòng)機(jī)的型三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)啟動(dòng)1、起動(dòng)方法： 轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻2、優(yōu)點(diǎn)： 可以減少起動(dòng)電流，同時(shí)提高功率因數(shù)， 從而增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3、方法： 轉(zhuǎn)子回路串起動(dòng)變阻器，串入

19、多大的起動(dòng)電阻221222121 )(1RkkXXRXcXRkckReieist第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1. 概概 述述20世紀(jì)60年代以前的電氣傳動(dòng) 80%交流不調(diào)速傳動(dòng) 18%直流可調(diào)速傳動(dòng) 2%交流可調(diào)速傳動(dòng)第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的不足 具有電刷和換向器，必須經(jīng)常檢查維具有電刷和換向器，必須經(jīng)常檢查維修。修。 換向火花使其應(yīng)用環(huán)境受到限制。換向火花使其應(yīng)用環(huán)境受到限制。 換向能力限制電機(jī)的容量和速度（極換向能力限制電機(jī)的容量和速度（極限容量限容量 轉(zhuǎn)速約為轉(zhuǎn)速約為 ）。）。min/106rkW 第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 直到直到2020世紀(jì)世紀(jì)60607070年代，

20、隨著電力電年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了采用電力電子變換子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，大規(guī)模集成電路和計(jì)器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的應(yīng)用，使高性能的交流調(diào)速系算機(jī)控制的應(yīng)用，使高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)得到發(fā)展，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交統(tǒng)得到發(fā)展，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破。破。 交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2. 異步電動(dòng)機(jī)步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)A.A.異步電動(dòng)機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)的

21、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速公式速公式)1 (601snfnp（1 1）改變極對(duì)數(shù)）改變極對(duì)數(shù)（2 2）改變電源頻率）改變電源頻率（3 3）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 這第（這第（3 3）條它包含了多種性能差別很大的調(diào)）條它包含了多種性能差別很大的調(diào)速方法。速方法。第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速B.按電動(dòng)機(jī)的實(shí)際調(diào)速方法分類 調(diào)調(diào)壓調(diào)速壓調(diào)速 轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速 變極對(duì)數(shù)調(diào)速變極對(duì)數(shù)調(diào)速 變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速3.異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速 變壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速方法中比較簡(jiǎn)便的一種

22、。當(dāng)異步電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比 因此，改變定子外加電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的電磁力矩，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。2rs212rs1r2spr2 r1p1mme/33llLLsRRsRUnsRInPT第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速TVC雙向晶閘管交流調(diào)壓器 通常叫定子調(diào)壓用于天車。M3TVC利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速 第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制方式：相位控制 周期控制第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速4.異步電動(dòng)機(jī)變頻變壓調(diào)速 異步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)異步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱為稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)變

23、頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功。由于在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬，無論是，無論是高速還是低速時(shí)效率都較高，在采取一定高速還是低速時(shí)效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能的技術(shù)措施后能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，可與直，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣。流調(diào)速系統(tǒng)媲美。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣。 概 述第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 變頻調(diào)速的原理)1 (601snfnp第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量希望保持電機(jī)中每極磁通量 m 為為額定值不變

24、。額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。變壓變頻調(diào)速的基本控制方式第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償， m 保持不變保持不變是很容易做到的。是很容易做到的。 在交流異步電機(jī)中，磁通在交流異步電機(jī)中，磁通 m 由定子和轉(zhuǎn)由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合

25、成產(chǎn)生，子磁勢(shì)合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要要保持磁通恒定就需要費(fèi)一些周折了。費(fèi)一些周折了。 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速定子每相電動(dòng)勢(shì)定子每相電動(dòng)勢(shì) 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式1g11Nm4.44Ef N k式中：式中：Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有有 效效值，單位為值，單位為V； 定子頻率，單位為定子頻率，單位為Hz； 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； 基波繞組系數(shù)；基波繞組系數(shù)； f1N1kN1 m每極氣隙磁通量，單位為每極氣隙磁通量，單位為Wb。 第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 由上式可知，只要控制好由上式可

26、知，只要控制好 Eg 和和 f1 ，便可達(dá)到，便可達(dá)到控制磁通控制磁通 m 的目的，對(duì)此，需要考慮基頻的目的，對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。）以下和基頻以上兩種情況。 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式1g11Nm4.44Ef N k第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式A. 基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 由由式式 可可知，要保知，要保持持 m 不變，當(dāng)頻率不變，當(dāng)頻率 f1 從額定值從額定值 f1N 向下調(diào)向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 Eg ，使，使 1gfE常常值值即即采用恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式采用恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。 1g1

27、1Nm4.44Ef N k第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 但是，在低頻時(shí)但是，在低頻時(shí) Us 和和 Eg 都較小，定子阻抗壓都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能再忽略。降所占的份量就比較顯著，不能再忽略。這時(shí)，這時(shí)，需要人為地把電壓需要人為地把電壓 Us 抬高一些，以便近似地抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的制特性示于下圖中的 b 線，無補(bǔ)償?shù)目刂铺匦跃€，無補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詣t為則為a 線。線。 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式A. 基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 變壓變頻調(diào)速的基本控制方

28、式OUsf 1恒壓頻比控制特性恒壓頻比控制特性a 無補(bǔ)償無補(bǔ)償 b 帶定子壓降補(bǔ)償帶定子壓降補(bǔ)償 UsNf 1N第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從 f1N 向上向上升高，但定子電壓升高，但定子電壓Us 卻不可能超過額定電壓卻不可能超過額定電壓UsN ，最多只能保持，最多只能保持Us = UsN ，這將迫使磁通，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況速的情況。 把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起，如下圖所示。畫在一起，如下圖所示。 變

29、壓變頻調(diào)速的基本控制方式B. 基頻以基頻以上上調(diào)速調(diào)速 第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 B. 基頻以基頻以上上調(diào)速調(diào)速 f1N 異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNmNm恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速mUsf1O第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值，即都能在允許溫升下長(zhǎng)期運(yùn)行，則轉(zhuǎn)矩基額定值，即都能在允許溫升下長(zhǎng)期運(yùn)行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，按照電力拖動(dòng)原理，在基頻以下，本上隨磁通變化，按照電力拖動(dòng)原理，在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定

30、，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速”。 B. 基頻以基頻以上上調(diào)速調(diào)速 第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介一、同步電機(jī)的基本類型同步電機(jī)的基本類型n按磁極形狀分隱極式：轉(zhuǎn)子圓柱形，氣隙均勻凸極式：轉(zhuǎn)子有明顯凸出的磁極，氣隙不均勻n發(fā)電機(jī)按原動(dòng)機(jī)不同分汽輪發(fā)電機(jī)：高速，轉(zhuǎn)子隱極式, 細(xì)長(zhǎng)形水輪發(fā)電機(jī)：低速，轉(zhuǎn)子凸極式, 短粗形n按冷卻介質(zhì)和 冷卻方式分空冷外冷：空氣自然循環(huán)或風(fēng)扇吹風(fēng)強(qiáng)迫冷卻水冷內(nèi)冷：需進(jìn)水管、出水管等氫冷外冷或內(nèi)冷：需密封系統(tǒng)，防爆防漏第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介二、同步電機(jī)的基

31、本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、定子定子：包括定子鐵心、定子繞組、機(jī)座、端蓋等。1)、定子鐵心：由0.5mm厚的硅鋼片疊成，沿軸向分成好幾疊，每疊36cm，疊與疊之間留有寬0.81cm的通風(fēng)溝。2)、定子繞組：由許多線圈按一定規(guī)律連接而成。大容量電機(jī)由于尺寸大，制成半匝式（線棒），每個(gè)線棒由若干銅線并在一起，分成一排或兩排，兩個(gè)線棒的一端焊在一起，即成一個(gè)線圈。3)、機(jī)座：固定和支撐定子鐵心，并形成風(fēng)道。第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：包括轉(zhuǎn)子鐵心、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)、風(fēng)扇等。2)、勵(lì)磁繞組：用扁銅線繞成同心式線圈，嵌放在大齒兩側(cè)的轉(zhuǎn)子槽中，并用非磁性硬鋁槽

32、楔壓緊。3)、護(hù)環(huán)：為使勵(lì)磁繞組可靠地固定在轉(zhuǎn)子上，繞組端部還要套上用高強(qiáng)度非磁性鋼鍛成的護(hù)環(huán)。1)、轉(zhuǎn)子鐵心：一般用整塊的導(dǎo)磁性好的高強(qiáng)度合金鋼鍛成，轉(zhuǎn)子表面約2/3部分銑有軸向凹槽，用于嵌放勵(lì)磁繞組，不銑槽的約1/3部分形成大齒，即磁極。第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介三、同同步步電動(dòng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖 定子上裝有三相對(duì)稱繞組互差120電角度。轉(zhuǎn)子上安放直流勵(lì)磁繞組。CBSN設(shè)轉(zhuǎn)子設(shè)轉(zhuǎn)子逆時(shí)逆時(shí)針旋針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)紫色為流紫色為流入入紅色為流紅色為流出出nsA+ -集電環(huán)電刷第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介四、同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理 定定子：子：定子上裝有三相對(duì)稱繞組互差定子上裝有

33、三相對(duì)稱繞組互差120電角度，通對(duì)稱三相交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電角度，通對(duì)稱三相交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子：子：轉(zhuǎn)子上安放直流勵(lì)磁繞組，通直轉(zhuǎn)子上安放直流勵(lì)磁繞組，通直流電后形成直流磁極。流電后形成直流磁極。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步同步60 f1pn = n0 = V1V2W2W1U1U2NS定子定子+UfIf轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子勵(lì)磁勵(lì)磁繞組繞組第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速簡(jiǎn)介同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速簡(jiǎn)介同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速簡(jiǎn)介 從整體結(jié)構(gòu)上看，電力電子變壓變頻器可從整體結(jié)構(gòu)上看，電力電子變壓變頻器可分為分為交交-直直-交和交交和交-交交兩大類。兩大類。 1.交交-直直-交變壓變頻器交變壓變頻器 交交-直直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示?？煽仡l率和電壓的交流，如下圖所示。交交-直直-交（間接）變壓變頻器交（間接）變壓變頻器 變壓變頻變壓變