注冊電氣考試輔導電動機與電氣傳動一

注冊電氣工程師（供配電）專業(yè)

執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)部分

17.電動機與電氣傳動17.電動機與電氣傳動（考試大綱）17．1熟悉電氣傳動系統(tǒng)的組成及分類17．2了解電動機的選擇17．3掌握交、直流電動機的起動方式及起動校驗17．4掌握交、直流電動機調(diào)速技術17．5掌握交、直流電動機的電氣制動方式及計算方法17．6掌握電動機保護配置及計算方法17．7熟悉低壓電動機控制電器的選擇17．8了解電動機調(diào)速系統(tǒng)性能指標17．9了解傳動系統(tǒng)動態(tài)指標的運用17．10了解調(diào)節(jié)理論在電氣傳動工程中的運用17．11熟悉PLC的組成及工作原理17.電動機與電氣傳動17．1電氣傳動系統(tǒng)的組成及分類17．1．1電氣傳動系統(tǒng)的組成

電氣傳動控制系統(tǒng)通常由電動機、電源裝置和信息、控制裝置三部分組成。

電源裝置（電力電子變流器）電動機及設備信息裝置指令、控制裝置17．1．2電氣傳動的分類與比較

（1）按是否調(diào)速來劃分：從節(jié)約電能、改善機械性能的角度，將有越來越多的調(diào)速傳動取代不調(diào)速傳動，如：風機、泵類負載，平均可節(jié)電15％～20％。電氣傳動不調(diào)速調(diào)速機械機電電氣開環(huán)閉環(huán)例１、２（2）按照電動機的不同類型來劃分:例１７－３17．2電動機的選擇

17．2．1選擇電動機的原則

（1）要從供電電網(wǎng)的質(zhì)量、起制動特性、調(diào)速性能、控制特性等幾個方面綜合考慮，選擇適當類型的電動機及其控制方式。（2）額定功率要滿足負載需要，但不宜過大。過大會使投資增高，而且會造成輕載運行時損耗大、效率低、功率因數(shù)低、起動時沖擊大等問題。（3）根據(jù)溫升和使用環(huán)境條件，選擇合適的通風方式、結(jié)構(gòu)型式和防護等級。17．2．1選擇電動機的原則

（4）按照現(xiàn)場使用狀況和被傳動機械的要求，選擇結(jié)構(gòu)和安裝方式，與傳動機械的連接方式，傳動機構(gòu)有無振動和沖擊以及安裝基礎的牢固程度等。（5）盡量選用可靠性高、互換性好、維護方便，且有標準定額的電動機。（6）考慮初期投資和運行費用，要從電動機及其控制設備的總投資、效率、功率因數(shù)和電費以及全部設備的年維修費用等因素加以選擇。

17．2電動機的選擇17．2

電動機的選擇

17．2．2選擇電動機的步驟框圖17．2．2選擇電動機的步驟

1.電動機類型的選擇

（1）根據(jù)環(huán)境條件選擇電動機的類型

不同的使用環(huán)境條件對電動機的結(jié)構(gòu)、通風及類型均有不同的要求（詳見表23-2-1）。

其中：①爆炸和火災危險場所的分級詳見《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》

②IP的分級及定義詳見GB4208－93《外殼防護等級（IP代碼）》

表23-2-1設計規(guī)范IP代碼17．2電動機的選擇（2）根據(jù)負載性質(zhì)選擇電動機的類型17．2電動機的選擇（3）直流與交流流電動機的比比較（自學））（4）交流電動機機的選擇1）普通勵磁同同步電機優(yōu)點：①電機機功率因數(shù)高高，②用于變變頻傳動時，，電機功率因因數(shù)等于“1”，使變頻裝置置容量最小，，變頻器輸入入功率因數(shù)改改善；③效率率比異步電機機的高；④氣氣隙比異步電電機的大，大大容量電機制制造容易。缺點：①需附附加勵磁裝置置；②變頻調(diào)調(diào)速控制系統(tǒng)統(tǒng)比異步電動動機的復雜；；應用場合：①①大功率不調(diào)調(diào)速傳動；②②600r／min以下大功率交交一交變頻傳傳動，例如軋軋機、卷揚、、船舶驅(qū)動、、水泥磨機等等。17．2電動機的選擇擇2）永磁同步電電動機永磁同步電動動機與PWM變頻裝置配合合使用，電流流為正弦波。。目前一般容容量在幾十千千瓦以下．但但容量正在逐逐漸擴大，目目前已能做到到上百千瓦，，速度精度較較高，在伺服服系統(tǒng)中采用用按轉(zhuǎn)子位置置定向的矢量量控制系統(tǒng)，，性能優(yōu)于其其他電機（直直流、異步或或永磁無換向向器電機），，但成本略高高，適用于高高性能場合。。17．2電動機的選擇擇3）無換向器電電機a.特點：①輸入電流為為120°方波，導致轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩脈動及低低速性能差；；②電路設計時時需計及諧波波電流帶來的的附加損耗；；③要求變頻器器容量及勵磁磁電流較大；；電機過載能能力差（1．5～2），電機短粗粗，GD2大。④無轉(zhuǎn)速和頻頻率上限。b.應用場合：①大中功率用用于負載平穩(wěn)穩(wěn)、過載不多多的場合，例例如風機、泵泵等，一般600r／min以上；②小功率常與與PWM變頻器配合，，用于性能一一般的伺服系系統(tǒng)。17．2電動機的選擇擇4）異步電動機機a.特點：①籠型電動機機結(jié)構(gòu)簡單，，制造容易，，價格便宜；；②繞線轉(zhuǎn)子電電動機可以通通過在轉(zhuǎn)子回回路中串電阻阻、頻敏電阻阻或通過雙饋饋改變電機特特性，改善起起動性能或?qū)崒崿F(xiàn)調(diào)速；③功率因數(shù)及及效率低。在在采用變頻調(diào)調(diào)速時加大變變頻器容量；；④氣隙小，大大功率電機制制造困難，⑤調(diào)速控制系系統(tǒng)比同步電電動機的簡單單。b.應用場合①2000～3000kW以下、不調(diào)速速、操作不頻頻繁場合，宜宜用籠型電動動機；②2000～3000kw以下、不調(diào)速速，但要求起起動力矩大或或操作較頻繁繁場合，宜用用繞線轉(zhuǎn)子電電動機；③環(huán)境惡劣場場合宜用籠型型電動機；④2000～3000kW以下的的交流流調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)。17．2電動機機的選選擇5）磁阻阻電機機是一種種與小小功率率籠型型電動動機競競爭的的新型型調(diào)速速電機機，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子為為實心心鐵芯芯，d、q軸磁路路不對對稱，，定子子有多多相繞繞組，，利用用大功功率晶晶體管管輪流流接通通定子子各繞繞組，，靠反反應力力矩使使電機機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。這種電電機調(diào)調(diào)速裝裝置簡簡單，，不用用逆變變器，，無逆逆變失失敗故故障，，可靠靠性高高，它它的結(jié)結(jié)構(gòu)比比籠型型電動動機簡簡單，，而功功率因因數(shù)和和效率率兩者者差不不多。。目前前容量量范圍圍在幾幾千瓦瓦以下下，個個別達達幾十十千瓦瓦，近近些年年用于于小功功率調(diào)調(diào)速裝裝置。。17．2電動機機的選選擇（5）直流流電動動機的的選擇擇1）需要要較大大起動動轉(zhuǎn)矩矩和恒恒功率率調(diào)速速的機機械，，如電電車、、牽引引機車車等，，用直直流串串勵電電動機機。2）其他他使用用直流流機場場合一一般均均用他他勵直直流電電動機機。注注意要要按生生產(chǎn)機機械的的恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和和恒功功率調(diào)調(diào)速范范圍，，合理理地選選擇電電動機機的基基速及及弱磁磁倍數(shù)數(shù)。2.電動機機轉(zhuǎn)速速的選選擇應從技技術指指標及及經(jīng)濟濟指標標全面面考慮慮。17．2電動機機的選選擇3.電動機機功率率、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的的選擇擇（電電動機機的容容量校校驗））（1）恒定定負載載連續(xù)續(xù)工作作制下下電動動機的的容量量校驗驗1）計算算電動動機的的額定定功率率選擇電電動機機的額額定功功率PN略大于于折算算到電電動機機軸上上的負負載功功率PL式中TL——折算到到電動動機軸軸上的的靜負負載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（（N·m）；nN——電動機機的額額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（（r／min）當負載載轉(zhuǎn)矩矩恒定定，需需從基基速向向上調(diào)調(diào)速時時，其其額定定功率率應按按要求求的最最高工工作轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速nmax計算：：17．2電動機機的選選擇2）校驗驗起動動過程程中的的最小小轉(zhuǎn)矩矩及允允許的的最大大飛輪輪力矩矩對起動動條件件沉重重（靜靜負載載轉(zhuǎn)矩矩大或或帶有有較大大的飛飛輪力力矩））而采采用籠籠型異異步電電動機機或同同步電電動機機傳動動時，，在選選定PN后還要要按下下面兩兩式分分別校校驗電電動機機的最最小起起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TMmin和允許許的最最大飛飛輪矩矩GDxm2式中：：TLmax—起動過過程中中可能能出現(xiàn)現(xiàn)的最最大負負載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（（N·m）；KS—保證起起動時時有足足夠加加速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的的系數(shù)數(shù),一般取取KS=1.15～1.25；Ku——電壓波波動系系數(shù)，，起動動時電電動機機端電電壓與與額定定電壓壓之比比，全全壓起起動時時，取取Ku=0.8517．2電動機機的選選擇允許的的最大大飛輪輪力矩矩GDxm2為（大大型生生產(chǎn)機機械））式中GDmec2——折算到到電動動機軸軸上傳傳動機機械的的最大大飛輪輪力力矩（（N·m2）GD02——包括電電動機機在內(nèi)內(nèi)的整整個傳傳動系系統(tǒng)允允許的的最大大飛飛輪力力矩（（N·m2），由電機機資料料中查查??；；GDM2——電動機機轉(zhuǎn)子子的飛飛輪力力矩（（N·m2）；Tsav——電動機機的平平均起起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（（N·m），見表23-2-4。17．2電動機機的選選擇（2）短短時時工工作作制制下下電電動動機機的的容容量量校校驗驗式中中PLmax—短時時負負載載功功率率的的最最大大值值（（kW）；；λ——電動動機機允允許許的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩過過載載倍倍數(shù)數(shù)，，見見表表23-2-5。（3）變變動動負負載載連連續(xù)續(xù)周周期期工工作作制制下下電電動動機機的的容容量量校校驗驗1）發(fā)發(fā)熱熱校校驗驗變變動動負負載載連連續(xù)續(xù)周周期期工工作作制制下下電電動動機機的的功功率率計計算算，，可可先先按按等效效（（方方均均根根））轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩或或等等效效電電流流法法，計計算算出出一一個個周周期期T內(nèi)的的等等效效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩Trms或等等效效電電流流Irms。選取取額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩TN≥Trms或額額定定電電流流IN＞Irms。17．2電動動機機的的選選擇擇式中中：：T1～Tn—各分分段段時時間間內(nèi)內(nèi)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩值值（（N··m）；；I1～In———各分分段段時時間間內(nèi)內(nèi)的的電電流流值值（（A）；；T——一個個周周期期的的總總時時間間（（s），，當負負載載波波形形不不是是矩矩形形，，則則應應將將每每一一個個相相應應的的時時間間間間隔隔內(nèi)內(nèi)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩或或電電流流值值換換算算成成等等效效平平均均值值后后，，同同樣樣可可用用上上面面兩兩式式計計算算Trms或Irms。a）矩形形負負載載b)梯形形或或三三角角形形負負載載17．2電動動機機的的選選擇擇2）校校驗驗最最大大過過載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩按按Trms或Irms選取取電電動動機機的的額額定定功功率率以以后后，，還還要要用用最最大大負負載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩TLmax校驗驗電電動動機機的的過過載載能能力力。。式中中：：Ku———電網(wǎng)網(wǎng)電電壓壓波波動動系系數(shù)數(shù)，，一般般對對于于同同步步電電動動機機，，Ku=0.85；對于于異異步步電電動動機機，，Ku=0.72；對于于直直流流電電動動機機，，Ku=1.0；λ——轉(zhuǎn)矩矩過過載載倍倍數(shù)數(shù)（（見見表表23）0.9：考考慮慮計計算算誤誤差差和和參參數(shù)數(shù)波波動動而而取取的的安安全全系系數(shù)數(shù)17．2電動動機機的的選選擇擇（4）斷斷續(xù)續(xù)周周期期工工作作制制下下電電動動機機的的容容量量校校驗驗斷續(xù)續(xù)周周期期工工作作制制下下電電動動機機的的典典型型負負載載見見圖圖17．2電動機的的選擇1）按等效效轉(zhuǎn)矩（（或等效效電流））法校驗驗發(fā)熱a）選用斷續(xù)續(xù)定額電電動機時時，對于于圖23-2-2所示的負負載圖，，電動機機在一個個工作周周期內(nèi)的的等效（（方均根根）轉(zhuǎn)矩矩Trms或等效（（方均根根）電流流Irms為17．2電動機的的選擇b）選用連續(xù)續(xù)定額電電動機時時Cα——起制動過過程中電電動機散散熱惡化化系數(shù)，，Cα=（l＋Cβ）／2；Cβ——停止時電電動機散散熱惡化化系數(shù)。?！苩0——一個周期期中停歇歇時間的的總和（（s）；17．2電動機的的選擇當選斷續(xù)續(xù)工作制制電機，，應計算算實際負負載持續(xù)續(xù)率為當實際負負載持續(xù)續(xù)率FC值（工作作時間占占周期時時間的百百分比））與所選選的電動動機的額額定負載載持續(xù)率率FCN值不相等等（但相相差不多多）時，，應將上上式算出出的Trms或Irms值折算到到對應于于電動機機的FCN值相等效效的值，，當所選電電動機的的額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TN＞T′rms或額定電電流IN＞I′rms時，則表表示電動動機的發(fā)發(fā)熱校驗驗通過。。17．2電動機的的選擇17．3交、直流流電動機機的起動動方式及及起動校校驗(掌握)17．3．1交流電動動機的起起動1.全壓起動動（直接接起動））籠型異步步電動機機和同步步電動機機滿足下下列條件件時，可可以采用用全壓起起動。1）起動時時對電網(wǎng)網(wǎng)造成的的電壓降降不超過過規(guī)定的的數(shù)值。。一般需需要經(jīng)常常起動時時，其電電壓降不不得超過過10％，偶而而起動時時不超過過15％。在保保證生產(chǎn)產(chǎn)機械所所要求的的起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩而又又不致影影響其他他用電設設備的正正常工作作時，其其電壓降降可允許許為20％或更大大一些。。2）起動功功率不超超過供電電設備和和電網(wǎng)的的過載能能力。籠籠型異步步電動機機允許全全壓起動動的功率率和電源源容量之之間的關關系見表表23-3-1。2.減壓起動動（（1）繞線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子異步步電動機機轉(zhuǎn)子串串電阻分分級起動動17．3交、直流流電動機機的起動動方式及及起動校校驗（2）繞線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子異步步電動機機轉(zhuǎn)子串串頻敏變變阻器起起動起動時：：則則:表現(xiàn)為阻阻抗大,相當于串串電阻,當轉(zhuǎn)速升升高后,s減小，其其等效阻阻抗隨轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率的的減小而而相應地地減小，，從而起起到減小小起動電電流并得得到起動動轉(zhuǎn)矩近近似恒定定的起動動特性。。17．3交、直流流電動機機的起動動方式及及起動校校驗采用頻敏敏變阻器器起動，，其優(yōu)點點是可省省去龐大大的起動動電阻器器，線路路簡單，，維修簡簡便。但但因其功功率因數(shù)數(shù)低、起起動轉(zhuǎn)矩矩小，對對要求在在低速下下運轉(zhuǎn)和和起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大的的場合，，不宜采采用。（3）籠型異異步電動動機減壓壓起動（（見表表鼠籠轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子電路在內(nèi)部閉合，不能外串起動設備，只能在定子電路中采取措施。其減壓起動方法主要有定子電路串電阻起動、Y－△起動、延邊三角形起動和自耦變壓器減壓起動等。（4）同步電動機減壓起動（見表23-3-2）

表23-3-217．3交、直直流電電動機機的起起動方方式及及起動動校驗驗3.變頻起起動17．3交、直直流電電動機機的起起動方方式及及起動動校驗驗K2K3K117．3．2直流電電動機機的起起動（1）直流流他（（并））勵電電動機機的起起動直流他他勵電電動機機作為為閉環(huán)環(huán)調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)的拖拖動電電機時時，通通常采采用晶晶閘管管調(diào)壓壓裝置置為電電樞供供電。。直流并并勵電電動機機如果果采用用電樞樞串電電阻分分級起起動，，其計計算方方法與與繞線線轉(zhuǎn)子子異步步電動動機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子串串電阻阻分級級起動動的分分析計計算方方法完完全一一樣。。17．3交、直直流電電動機機的起起動方方式及及起動動校驗驗（2）直流流串勵勵電動動機串串電阻阻起動動對對于直直流串串勵電電動機機，由由于其其機械械特性性為非非線性性，采采用解解析法法計算算較困困難，，通常常多采采用圖圖解法法，方方法同同繞線線轉(zhuǎn)子子異步步機串串電阻阻起動動（見見358頁）。。17．3．3起動的的校驗驗對于直直流電電動機機，因因其起起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩可可以在在規(guī)定定范圍圍內(nèi)任任意調(diào)調(diào)節(jié)，，因此此不必必做起起動校校驗。。17．3交、直直流電電動機機的起起動方方式及及起動動校驗驗17．4交、直直流電電動機機調(diào)速速技術術17．4．1直流電電動機機調(diào)速速技術術(掌握)1.基本概概念調(diào)調(diào)速速：通過改改變電電動機機的參參數(shù)或或外加加電壓壓等方方法來來改變變電機機的機機械特特性，，使電電動機機的穩(wěn)穩(wěn)定運運轉(zhuǎn)速速度發(fā)發(fā)生變變化。。開環(huán)控控制系系統(tǒng)：：電動機機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速只只能跟跟隨轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速指指令變變化而而不能能自動動糾正正與給給定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的的偏差差的調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)稱稱為開開環(huán)控控制系系統(tǒng)。。閉環(huán)控控制系系統(tǒng)：：能自動動糾正正電動動機的的轉(zhuǎn)速速與給給定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的的偏差差同時時不受受負載載及電電網(wǎng)電電壓波波動等等外界界擾動動的影影響，，使電電動機機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速始始終與與給定定轉(zhuǎn)速速持一一致的的調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)稱為為閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)。17．4．1直流電電動機機調(diào)速速技術術無級調(diào)調(diào)速：：又稱連連續(xù)調(diào)調(diào)速指指電動動機的的轉(zhuǎn)速速可以以平滑滑地調(diào)調(diào)節(jié)。。其特特點是是轉(zhuǎn)速速變化化均勻勻適應應性強強，容容易實實現(xiàn)自自動調(diào)調(diào)速，，因而而在工工業(yè)中中被廣廣泛應應用。。有級調(diào)調(diào)速：又稱間間斷調(diào)調(diào)速或或分級級調(diào)速速，它它的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速只只有有有限的的幾級級，調(diào)調(diào)速范范圍有有限且且不容容易實實現(xiàn)自自動調(diào)調(diào)速。。向上調(diào)調(diào)速：：從基速速提高高轉(zhuǎn)速速的調(diào)調(diào)速稱稱為向向上調(diào)調(diào)速。。例如如直流流電動動機改改變磁磁通進進行調(diào)調(diào)速，，其調(diào)調(diào)速極極限受受電動動機的的換向向條件件和機機械強強度的的限制制。向下調(diào)調(diào)速：：從基速速降低低轉(zhuǎn)速速的調(diào)調(diào)速稱稱為向向下調(diào)調(diào)速。。例如如，直直流電電動機機改變變電樞樞電壓壓進行行調(diào)速速，調(diào)調(diào)速的的極限限轉(zhuǎn)速速即最最低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速受受轉(zhuǎn)速速穩(wěn)定定性的的限制制。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速速：對于某些工工作機械其其負載性質(zhì)質(zhì)屬于恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩類型即即在不同的的穩(wěn)定速度度下要求電電動機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不變。。如果所用用的調(diào)速方方法能使電電動機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與電動動機的電樞樞電流之比比為一常數(shù)數(shù)則在恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩負載下下電動機無無論在高速速或低速下下運行其發(fā)發(fā)熱情況始始終是一樣樣的這將能能充分利用用電動機。。這種調(diào)速速辦法稱為為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)調(diào)速。例如如保持電動動機磁通不不變改變電電動機電樞樞電壓或電電樞回路電電阻來調(diào)速速的方法就就屬于恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩調(diào)速。。17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術恒功率調(diào)速速：對于機床類類負載：當當切削量量大時（即即T大）要求切切削速度（（即n）低；

當切切削量小時時（即T?。┮笄星邢魉俣龋ǎ磏）高；但每種種工況下T·n的乘積近似似不變，這這類負載屬屬于恒功率率負載。為為了配合合這類負載載，可以采采用減弱磁磁通的方法法調(diào)速。根根據(jù)公式式當磁通Ф減小時，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n將升高，而而轉(zhuǎn)矩T將減小。這種保持電電動機電樞樞電壓不變變、減弱電電動機磁通通的調(diào)速方方式與上述述恒功率負負載的要求求相一致，，稱為恒功功率調(diào)速。。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術對于恒功率率負載，應應盡量采用用恒功率調(diào)調(diào)速方式；；對于恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩負載應應盡量采用用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)調(diào)速方式。。只有這樣樣．電動機機才能得到到充分利用用。圖17·4－11調(diào)壓與調(diào)磁磁時電動機機的調(diào)速特特性調(diào)壓—恒轉(zhuǎn)矩調(diào)調(diào)磁磁—恒功率17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標

（1）靜態(tài)指標標a.調(diào)速范圍生生產(chǎn)機械械要求電動動機能提供供的最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速ｎmax最低轉(zhuǎn)速ｎｎmin之比叫做調(diào)調(diào)速范圍。。常用D表示，即式中ｎｎmax和nmin一般都指額額定負載時時的轉(zhuǎn)速。。閉環(huán)調(diào)速系系統(tǒng)的調(diào)速速范圍可達達100：1或更大。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標（1）靜態(tài)指標標b.靜差率電電動機在某某一轉(zhuǎn)速下下運行時，，負載由理理想空載變變到額定負負載時所產(chǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速速降落與額額定負載時時的轉(zhuǎn)速之之比稱為靜靜差率（又又稱轉(zhuǎn)速變變化率）s，常用百分數(shù)數(shù)表示，即即式中n?！妱訖C理想想空載轉(zhuǎn)速速；n——電動機額定定負載時的的轉(zhuǎn)速。閉閉環(huán)調(diào)速速系統(tǒng)的靜靜差率一般般為10-2～10-3。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標

（1）靜態(tài)指標標c.穩(wěn)速精度在在穩(wěn)速系系統(tǒng)中常用用穩(wěn)速精度度的概念，，即在規(guī)定定的電網(wǎng)質(zhì)質(zhì)量和負載載擾動的條條件下，在在規(guī)定的運運行時間（（如1h或8h）內(nèi)，在某一一指定的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下，t時間（通常常t取1s）內(nèi)平均轉(zhuǎn)速速最大值nmax和另一個t時間內(nèi)平均均轉(zhuǎn)速最小小值nmin的相對誤差差的百分值值，來表明明穩(wěn)速系統(tǒng)統(tǒng)的性能數(shù)字穩(wěn)速系系統(tǒng)的穩(wěn)速速精度可達達10-4～10-5。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標

（2）動態(tài)指標標直流傳動系系統(tǒng)的動態(tài)態(tài)指標是指指在控制2)斜坡平頂信信號

信號號或擾動信信號的作用用下，系統(tǒng)統(tǒng)輸出在在動態(tài)響應應中的各項項指標。（（1）控制信號號作用下的的動態(tài)指標標

電氣傳傳動系統(tǒng)中中常用的控控制信號通通常有以以下兩種：：1)單位階躍信信號17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標

（2）動態(tài)指標標a.跟隨性在階躍信號號C（t）的作用下，，輸出量Y（t）的動態(tài)響應應如圖1）起調(diào)時間間ta，又稱響應應時間，是是指輸出量量Y（t）第一次達到到穩(wěn)態(tài)值的的時間。2）調(diào)節(jié)時間間tr，是指Y（t）進入穩(wěn)態(tài)值值的±（2％～5％）區(qū)域內(nèi)內(nèi)，而不再再逸出的時時間又稱為為過渡過程程時間。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標

（2）動態(tài)指標標3）超調(diào)量σ%，是指Y（t）超過其穩(wěn)態(tài)態(tài)值的最大大數(shù)值與穩(wěn)穩(wěn)態(tài)值之比比，用百分分數(shù)表示4）振蕩次數(shù)數(shù)N，是指Y（t）在整個調(diào)節(jié)節(jié)過程中圍圍繞穩(wěn)態(tài)值值擺動的次次數(shù)。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標

（2）動態(tài)指標標b.擾動性系統(tǒng)的擾動動特性是指指在擾動信信號F（t）的作用下，，系統(tǒng)輸出出量Y（t）的動態(tài)性能能。在直流流調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)中，常遇遇到的也是是最嚴重的的擾動為單單位階躍擾擾動。階躍躍擾動通常常表示為17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術2.調(diào)速系統(tǒng)的的性能指標標

（2）動態(tài)指標標1)動態(tài)波動量量（動態(tài)偏偏差）δm，是指輸出出量偏離原原來穩(wěn)態(tài)值值的最大偏偏差與原來來穩(wěn)態(tài)值之之比。2）回升時間間tt，是指輸出出量第一次次回到擾動動信號作用用前輸出值值時對應的的時間。3）恢復時間間tS，是指輸出出量進入原原穩(wěn)態(tài)值Y（0）的95％～98％范圍內(nèi)，，并不再超超出的時間間。以上三個指指標是衡量量系統(tǒng)對擾擾動響應的的主要指標標。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術3.直流電動機機的調(diào)速方方案1)直流電動機機的調(diào)速原原理

直流流電動機的的機械特性性方程式為為式中n0——理想空載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，n0=U／CeΦ;U——加在電樞回回路上的電電壓；Ce——電動勢常數(shù)數(shù)；Φ——電動機磁通通；CT——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；；R0——電動機電樞樞回路的電電阻；T——電動機轉(zhuǎn)矩矩。R——電動機電樞樞回路的外外串電阻；；可見，改變變R、U及Φ中的任何一一個參數(shù)，，都可以改改變電動機機的機械特特性，從而而對電動機機進行調(diào)速速。17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術3.直流電動機機的調(diào)速方方案2)改變電樞回回路電阻調(diào)調(diào)速當當電電樞回路串串聯(lián)附加電電阻R時，其特性性方程式變變?yōu)槭街?7．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術3.直流電動機機的調(diào)速方方案2)改變電樞回回路電阻調(diào)調(diào)速當當電電樞回路串串聯(lián)附加電電阻R時，其特性性曲線如下下串聯(lián)電阻調(diào)調(diào)速的機械械特性、調(diào)速特性17．4交、直流電電動機調(diào)速速技術17．4．1直流電動機機調(diào)速技術術3.直流電動機機的調(diào)速方方案2)改變電樞回回路電阻調(diào)調(diào)速當當電電樞回路串串、并聯(lián)附附加電阻時時，其電路路圖與機械械特性圖如如右式中K—系數(shù)，K=RB／（RB＋R）；RB—并聯(lián)的電阻；；R—串聯(lián)的電阻。。17．4交、直流電動動機調(diào)速技術術17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術3.直流電動機的的調(diào)速方案3）改變電樞電電壓調(diào)速當當改變電樞電電壓時，理想想空載轉(zhuǎn)速n0也將改變，但但機械特性的的斜率不變，，這時機械特特性如下式中U’——改變后的電樞樞電壓；n0’——改變電壓后的的理想空載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；Km——特性曲線的斜斜率。17．4交、直流電動動機調(diào)速技術術17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術3.直流電動機的的調(diào)速方案比比較表23·4－1(17—11)直流電動機改改變電壓調(diào)速速的方法變壓方法原理電路裝置組成性能及適用場合電動機—發(fā)電機組（旋轉(zhuǎn)變流機組）原動機可用同步電動機、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機（包括帶飛輪和轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)的機組）、籠型異步電動機、柴油機等。勵磁方式有勵磁機、電機擴大機、磁放大器和晶閘管勵磁裝置等?？刂品绞接欣^電器一接觸器、磁放大器和半導體控制裝置等輸出電流無脈動，帶飛輪的機組對沖擊負載有緩沖作用，采用同步電動機的機組能提供無功功率，改善功率因數(shù)。因有旋轉(zhuǎn)機組，效率較低，噪聲、振動大?？刂乒β蚀?，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)一般動態(tài)指標較差，用晶閘管勵磁可提高動態(tài)指標。此種方法已很少采用晶閘管變流器包括變流變壓器、晶閘管變流裝置、平波電抗器和半導體控制裝置等效率高，噪聲、振動小，控制功率小，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)指標好。但輸出電流有脈動，深控時功率因數(shù)低，對電網(wǎng)的沖擊和高次諧波影響大17．4交、直流電動動機調(diào)速技術術17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術3.直流電動機的的調(diào)速方案比比較表23·4－1直流電動機改改變電壓調(diào)速速的方法變壓方法原理電路裝置組成性能及適用場合直流斬波器包括晶閘管（或其他電力電子器件）、換相電感電容、輸入濾波電感電容及半導體控制裝置等柴油交流發(fā)電機一硅整流器柴油交流發(fā)電機、硅整流裝置及相應的控制裝置等改變交流發(fā)電機電壓，經(jīng)硅整流裝置整流得到可變直流電壓，用于電動輪車等獨立電源場合適用于由公共共直流電源或或蓄電池及恒恒定電壓直流流電源供電的的場合，如電電機車、蓄電電池車等電動動車輛17．4交、直流電動動機調(diào)速技術術17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術3.直流電動機的的調(diào)速方案比比較表17－11直流電動機改改變電壓調(diào)速速的方法變壓方法原理電路裝置組成性能及適用場合交流調(diào)壓器、硅整流器

調(diào)壓變壓器、硅整流裝置等

升壓機組

與公共直流電源串聯(lián)的直流發(fā)電機或晶閘管變流裝置及相應的控制裝置

適用于公共直流電源供電場合，設備較經(jīng)濟，但調(diào)速范圍不大

效率高，噪聲聲、振動小，，輸出電流脈脈動較小，比比晶閘管供電電功率因數(shù)有有改善，但實實現(xiàn)自動調(diào)速速較困難。適適用于不經(jīng)常常調(diào)速的小功功率（＜15kw）手動開環(huán)控制制場合17．4交、直流電動動機調(diào)速技術術17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術3.直流電動機的的調(diào)速方案4）改變磁通調(diào)調(diào)速

在電動動機勵磁回路路中，改變其其串聯(lián)電阻Rf的大小或采用用專門的勵磁磁調(diào)節(jié)器來控控制勵磁電壓壓，都可以改變勵勵磁電流和磁磁通。17．4交、直流電動動機調(diào)速技術術17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術3.直流電動機的的調(diào)速方案4）改變磁通調(diào)調(diào)速

機械特特性曲線和速速度曲線如圖圖以上三種調(diào)速速方式的性能能比較見表23-4－2表23-4－217．4交、直流電動動機調(diào)速技術術17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術4.常見的直流電電動機調(diào)速系系統(tǒng)

（1）斬波器調(diào)速速系統(tǒng)T——斬波周期，T—tON＋tOFF；α——工作率，α=tON／T。a.恒頻系統(tǒng)。T保持不變（即即頻率不變）），只改變tON，即脈寬調(diào)制制（PWM）方式。b.變頻系統(tǒng)。改改變T（即改變頻率率），但同時時保持tON不變或者保持持tOFF不變，即頻率率調(diào)制（FM）方式。斬波器是一種種電力電子開開關，它能從從恒定的直流流電源產(chǎn)生出出經(jīng)過斬波的的可變直流電電壓，從而達達到調(diào)速的目目的。圖示為為一個簡單的的斬波器調(diào)速速系統(tǒng)和斬波波后的電壓波波形。17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術4.常見的直流電電動機調(diào)速系系統(tǒng)

（1）斬波器調(diào)速速系統(tǒng)圖17·4－9多象限運行的的斬波器調(diào)速速系統(tǒng)a）二象限運行b）四象限運行c）采用IGBT的四象限運行行系統(tǒng)17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術4.常見的直流電電動機調(diào)速系系統(tǒng)

（1）斬波器調(diào)速速系統(tǒng)圖17·4－9c）采用IGBT的四象限運行行系統(tǒng)c)17．4．1直流電動機調(diào)調(diào)速技術4.常見的直流電電動機調(diào)速系系統(tǒng)（2）晶閘