哈工程機電傳動總結(jié)

2/2哈工程機電傳動總結(jié)電能明顯的優(yōu)點：它適宜大量生產(chǎn)、集中管理、遠(yuǎn)距離傳輸和自動控制。以電動機為原動機構(gòu)成的系統(tǒng)相比其他拖動方法，最主要的優(yōu)點是：1.啟動、調(diào)速、制動、反轉(zhuǎn)等都比其他方法容易實現(xiàn)；2.可獲得所需的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。機電傳動系統(tǒng)的主要特點：1.功率范圍大；2.調(diào)速范圍寬；3.適用范圍廣.生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性均指電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電動機軸轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。大體上可以歸納為恒轉(zhuǎn)矩型機械特性、離心式通風(fēng)機型機械特性、恒功率型機械特性和直線型機械特性等幾種典型的機械特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行有兩方面的含義：一是指系統(tǒng)能以一定的速度勻速運行，即電動機和生產(chǎn)機械的特性曲線有交點，該交點稱為平衡點；二是系統(tǒng)在受外部干擾(如電壓波動、負(fù)載波動等)的作用后，會離開平衡點，但在新的條件下可達(dá)到新的平衡(到達(dá)一個新的平衡點)，干擾消除后系統(tǒng)能回到原來的平衡點勻速運行。機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要充分條件是：(1)電動機的機械特性曲線與負(fù)載的機械特性曲線有交點，即系統(tǒng)存在平衡點；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，TMTL，即TM-TL>0，轉(zhuǎn)速向平衡點處上升?？傊褪歉蓴_產(chǎn)生后，系統(tǒng)偏離平衡點，干擾消除后，系統(tǒng)回到平衡點。直流電動機的最大優(yōu)點是調(diào)速性能好，可以在寬廣的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速；另外，它的啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格昂貴，運行可靠性差。直流電動機的結(jié)構(gòu)：直流電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，并且在定子和轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。定子的作用是產(chǎn)生主磁場和支撐電機，它主要由主磁極、機座、電刷裝置、端蓋和軸承等組成。轉(zhuǎn)子主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等組成。1.電樞鐵心的作用是通過磁通以減小磁路的磁阻和嵌放電樞繞組。2.電樞繞組的作用是感應(yīng)電動勢并通過電流，使電機實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。3.換向器的作用是將電刷間的直流電勢和電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電流。4.轉(zhuǎn)軸的作用是用來傳遞轉(zhuǎn)矩。按照勵磁方式（即獲得磁通的方式）和連接方式的不同，直流電動機可分為并勵式、串勵式、復(fù)勵式（積復(fù)勵式和差復(fù)勵式）、他勵式和永磁式等。按照使用場合的不同可選擇各種不同類型的電動機，在伺服控制中通常采用永磁式直流電動機，而在動力控制中，常使用他勵式的直流電動機。直流他勵電動機的機械特性：所謂機械特性是指電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即n＝f（T）。機械特性中的轉(zhuǎn)矩T是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動機軸上的輸出轉(zhuǎn)矩TM不相同，二者之間相差一個空載轉(zhuǎn)dT?T矩T0。????100%為了衡量機械特性的平直程度，引進(jìn)一個機械特性硬度的概念，記作，其定義為：dn?n即轉(zhuǎn)矩變化dT與所引起的轉(zhuǎn)速變化dn的比值。根據(jù)?值的不同，可將電動機機械特性分為三類。(1)絕對硬特性(?→∞)，如交流同步電動機的機械特性；(2)硬特性(?＞10)，如直流他勵電動機的機械持性，交流異步電動機機械特性的上半部；(3)軟特性(?＜10），如直流串勵電動機和直流積復(fù)勵電動機的機械特性。直流他勵電動機的啟動特性：(1)啟動過程中啟動轉(zhuǎn)矩Tst足夠大，使Tst＞TL，保證電動機能夠啟動，且啟動過程時間較短，以提高生產(chǎn)效率；（2）啟動電流的起始值Ist不能太大，否則會使換向困難，產(chǎn)生強烈火花，損壞電機，還會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩沖擊，影響傳動機構(gòu)等；（3）啟動設(shè)備與控制裝置簡單、可靠、經(jīng)濟性好，操作方便。Tst?Kt?Ist啟動時，磁通應(yīng)最大。降壓啟動：將調(diào)壓器的輸出電壓調(diào)為較小值，保證電動機堵轉(zhuǎn)電流在允許范圍內(nèi)，一般為額定值的2～2.5倍。隨著電動機轉(zhuǎn)速提升，平滑地增加調(diào)壓器的輸出電壓，使電樞電流始終在最大值上，電動機將以最大加速度啟動。由于調(diào)壓器輸出電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，故該啟動方法可恒加速啟動，使啟動過程處于最優(yōu)運行狀態(tài)。直流他勵電動機的調(diào)速特性：一種是電動機的轉(zhuǎn)速不變，通過改變機械傳動機構(gòu)(如齒輪、皮帶輪等)的速比實現(xiàn)調(diào)速，這種方法稱為機械調(diào)速。其特點是傳動機構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)速時一般需要停機，且多為有級調(diào)速。另一種是通過改變電動機的參數(shù)調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)速的方法，稱為電氣調(diào)速。其特點是傳動機構(gòu)比較簡單，調(diào)速時不用停機，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，且易于實現(xiàn)電氣控制自動化。電氣調(diào)速是指在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，通過人為的方法改變電動機的有關(guān)參數(shù)，從而調(diào)節(jié)電動機和整個拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。必須指出，調(diào)速與因負(fù)載變化而引起的轉(zhuǎn)速變化是不同的。直流他勵電動機的調(diào)速方法有三種：(1)電樞回路串電阻調(diào)速；(2)降壓調(diào)速；(3)弱磁調(diào)速。調(diào)速的經(jīng)濟指標(biāo)：一是調(diào)速設(shè)備初期投資的大小，二是運行過程中能量損耗的多少，三是維護(hù)費用的高低。三者總和較小者經(jīng)濟指標(biāo)較好。電樞回路串電阻調(diào)速特點：1.如機械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度愈低；2.在空載或輕載時，調(diào)速范圍不大；3.實現(xiàn)無級調(diào)速困難；4.在調(diào)速電阻上消耗大量電能等。電樞回路串電阻調(diào)速只能使轉(zhuǎn)速由額定值往下調(diào)(nmax=nN)，且轉(zhuǎn)速降低時，特性變軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性變差，轉(zhuǎn)速降增大，靜差率明顯增大。這種調(diào)速方法一般只適用于容量不大，低速運行時間不長，對于調(diào)速性能要求不高的場合。調(diào)壓調(diào)速的特點是：可以實現(xiàn)無級調(diào)速；(2)調(diào)速前后機械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時，速度穩(wěn)定性好；(3)無論輕載還是重載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D＝2.5～12；(4)調(diào)速時，因電樞電流與電壓U無關(guān)，且???N，故電動機轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合于恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速；(5)電能損耗較小；(6)需要一套調(diào)壓電源設(shè)備。弱磁調(diào)速優(yōu)點：由于是在電流較小的勵磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)(一般直流電機的勵磁功率只有額定功率的1%～5%)，因而控制方便，能量損耗小，調(diào)速平滑。缺點：(1)機械特性斜率加大，特性變軟。(2)調(diào)速范圍較小。普通直流電動機最高只能調(diào)到額定轉(zhuǎn)速的1.2～2倍，特殊設(shè)計的調(diào)磁電機，也不過能調(diào)到nN的3～4倍。因此，常常把調(diào)壓和弱磁兩種方法結(jié)合起來使用，以擴大調(diào)速范圍。直流他勵電動機的制動特性：制動則是從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或是限制位能負(fù)載下降速度的一種運行狀態(tài)。利用拉閘斷電源停車的方法為自然停車。利用機械摩擦獲得制動轉(zhuǎn)矩的方法稱為機械制動，例如常見的抱閘裝置。設(shè)法使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩的方法稱為電氣制動。制動運行狀態(tài)的特征是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n方向相反。此時，運行點應(yīng)位于機械特性坐標(biāo)平面的第二和第四象限。制動運行的作用是使電氣傳動系統(tǒng)快速減速或停車或勻速下放重物。根據(jù)實現(xiàn)制動的方法和制動時電機內(nèi)部能量傳遞關(guān)系的不同，制動方法分為三種，即能耗制動、反接制動和反饋制動。能耗制動時的機械特性是通過坐標(biāo)原點、位于第二象限和第四象限的直線。直流他勵電動機能耗制動時，其最終的運動狀態(tài)與所拖動的負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。制動電阻越小，機械特性越平，制動轉(zhuǎn)矩的絕對值越大，制動越迅速。但制動電阻也不能太小，否則制動時的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩將超過允許值，從而對拖動系統(tǒng)的運行帶來不利影響。能耗制動廣泛用于要求平穩(wěn)、準(zhǔn)確停車的場合；也可應(yīng)用于起重機一類帶位能性負(fù)載的機械，以限制重物下放的速度。把改變電樞電壓U的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為電源反接制動，而把改變電樞電勢E的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為電勢反接制動(或倒拉反接制動)。反接制動特性曲線在第二象限。當(dāng)n下降到零時，反接制動過程結(jié)束。電源反接制動一般應(yīng)用在生產(chǎn)機械要求迅速減速、停車和反向的場合以及要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機械上。反饋制動無需改變電動機的任何參數(shù)，它是在外部條件的作用下使電動機的實際運行轉(zhuǎn)速大于其理想空載轉(zhuǎn)速，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，且電動機向電源反饋電能。這種狀態(tài)稱為反饋制動、再生制動或發(fā)電制動。反饋制動狀態(tài)下的機械特性是第一象限中電動狀態(tài)下的機械特性在第二象限內(nèi)的延伸。反饋制動狀態(tài)下附加電阻越大，電動機轉(zhuǎn)速越高。三相異步電動機：按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為籠式（鼠籠式）和繞線式異步電動機兩大類；若按機殼的防護(hù)形式分類，籠式可分為防護(hù)式、封閉式、開啟式。定子由鐵芯、繞組與機座三部分組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。氣隙：氣隙愈大則為建立磁場所需勵磁電流就大，從而降低電動機的功率因數(shù)。氣隙愈小則定子和轉(zhuǎn)子之間的相互感應(yīng)（即耦合）作用就愈好，因此應(yīng)盡量讓氣隙小些。但不能過小，否則會是加工和裝配困難，運轉(zhuǎn)時定轉(zhuǎn)子之間易發(fā)生摩擦或碰撞。三相異步電動機的工作原理：基于定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。定子繞組接上三相電源后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，它在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電流，兩者相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)磁場：當(dāng)空間相隔120的三相繞組通以相位彼此相差120的三相對稱電流時，它們產(chǎn)生的合成磁場在空間不斷旋轉(zhuǎn)。定子三相繞組的連接方式(Y形或△形)的選擇，和普通三相負(fù)載一樣，須視電源的線電壓而定。如果電動機所接入之電源的線電壓等于電動機的額定相電壓(即每相繞組的額定電壓)，那么，它的繞組應(yīng)該接成三角形；如果電源的線電壓是電動機額定相電壓的3倍，那么，它的繞組就應(yīng)該接成星形。通常電動機的銘牌上標(biāo)有符號Y/△和數(shù)字380/220，前者表示定子繞組的接法，后者表示對應(yīng)于不同接法應(yīng)加的線電壓值。??相異步電動機的額定值：1.額定功率PN：指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率，單位為kW。2.額定電壓UN：指額定運行時加在定子繞組上的線電壓，單位為V。3.額定電流IN：指電動機定子繞組加額定頻率的額定電壓，軸上輸出額定功率時，定子繞組的線電流，單位為A。4.額定頻率fN：我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電的頻率為50Hz。5.額定轉(zhuǎn)速nN：指電動機定子加額定頻率的額定電壓，且軸上輸出額定功率時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。6.額定功率因數(shù)cos?N：指電動機在額定運行時定子邊的功率因數(shù)。三相異步電動機：PN?3UNINcos?N?N?10?3，其中?N為電動機的額定效率。此外，銘牌上還標(biāo)明了絕緣等級、溫升、工作方式與繞組接法等。對繞線式異步電動機還標(biāo)明了轉(zhuǎn)子繞組接法、轉(zhuǎn)子繞組額定電壓(指定子繞組加額定電壓、轉(zhuǎn)子繞組開路時滑環(huán)間的電壓)和轉(zhuǎn)子額定電流等技術(shù)數(shù)據(jù)。額定數(shù)據(jù)是選擇、使用電機的重要依據(jù)。三相異步電動機的機械特性：三相異步電動機的機械特性是T＝f(n)。可以用T＝f(S)來描述異步電動機的機械特性。電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式，均可以作為三相異步電動機的機械特性表達(dá)式，實際工程應(yīng)用中較多采用實用表達(dá)式。三相異步電動機的機械特性同樣可分為固有機械特性和人為機械特性。固有機械特性是指在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定、轉(zhuǎn)子電路不串聯(lián)電阻(電抗或電容)時電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)差率)之間的關(guān)系，也稱自然機械特性。異步電動機的啟動性能有如下要求：(1)啟動轉(zhuǎn)矩足夠大，以保證生產(chǎn)機械的正常啟動，縮短啟動時間；(2)啟動電流要小，以減小對電動機和電網(wǎng)的沖擊；(3)啟動設(shè)備簡單，控制方便；(4)啟動平滑，以減小對生產(chǎn)機械的沖擊；(5)啟動過程中能量損耗小。三相籠型異步電動機有直接啟動和降壓啟動兩種方法。直接啟動是三相籠型異步電動機最簡單的啟動方法，適用于電動機容量不大，又是在空載情況下啟動的異步電動機啟動。主要取決于供電電網(wǎng)的容量。一般情況下，異步電動機的功率小于7.5kW時允許直接啟動。降壓啟動是指電動機在啟動時降低加在定子繞組上的電壓，啟動結(jié)束時加額定電壓運行的啟動方式。此法一般適用于電動機空載或輕載啟動。定子串電阻或電抗降壓啟動這種