第一篇 電力拖動(dòng)基礎(chǔ)

1、電力拖動(dòng)基礎(chǔ) 劉 兵9/17/20221第一章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)方程式單位為kg m2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量直線運(yùn)動(dòng)式中：GD2 = 4gJ 稱為飛輪慣量（N m2 ）。9/17/20222第一章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩的符號(hào)運(yùn)動(dòng)方程式的一般形式規(guī)定某一轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閰⒖迹ㄕ┓较?，電磁轉(zhuǎn)矩T ：與參考方向一致取正，反之取負(fù)；阻轉(zhuǎn)矩Tz ：與參考方向一致取負(fù)，反之取正。9/17/20223第一章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩、力、飛輪矩和質(zhì)量的折算工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩T的折算折算的原則是系統(tǒng)的傳送功率不變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪慣量折算折算的原則是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ中及質(zhì)量mZ 中

2、儲(chǔ)存的動(dòng)能相等9/17/20224第一章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性定義：在運(yùn)動(dòng)方程式中，阻轉(zhuǎn)矩（或稱負(fù)載轉(zhuǎn)矩）Tz 與轉(zhuǎn)速n 的關(guān)系Tz=f (n) 即為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。分類大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)負(fù)載、恒功率負(fù)載。9/17/20225第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式直流電動(dòng)機(jī)的幾個(gè)基本方程式機(jī)械特性方程式9/17/20226第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性21FFFN9/17/20227第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)起

3、動(dòng)時(shí)的過渡過程9/17/20228第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)分類機(jī)械制動(dòng) 電磁制動(dòng)器，即機(jī)械抱閘；電氣制動(dòng) 能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)（再生制動(dòng)）能耗制動(dòng)9/17/20229第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)9/17/202210第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)9/17/202211第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)電樞反接的反接制動(dòng)9/17/202212第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)電樞反接時(shí)反接制動(dòng)的過渡過程9/17/202213第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖

4、動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)回饋制動(dòng)位能負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓調(diào)速9/17/202214第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速方法機(jī)械、電氣、機(jī)械電器配合電氣方法改變電樞供電電壓、改變勵(lì)磁、改變電樞回路電阻9/17/202215第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速時(shí)的技術(shù)指標(biāo)調(diào)速范圍D靜差率d（或稱相對(duì)穩(wěn)定性）調(diào)速范圍D與靜差率d之間的關(guān)系平滑性調(diào)速時(shí)的容許輸出容許輸出是指電動(dòng)機(jī)在得到充分利用的情況下，在調(diào)速過程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩9/17/202216第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)過渡過程能量損耗空載起動(dòng)空載能耗制動(dòng)空載反接制動(dòng)空載反轉(zhuǎn)過程減少過渡過

5、程能量損耗方法減少系統(tǒng)動(dòng)能儲(chǔ)存量JW0/2電樞設(shè)計(jì)成細(xì)而長的形狀采用雙電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)合理選擇起、制動(dòng)方式起動(dòng)時(shí)，逐級(jí)改變加在電動(dòng)機(jī)上的電壓制動(dòng)時(shí)，若不能采用回饋制動(dòng)應(yīng)盡量采用能耗制動(dòng)9/17/202217第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式物理表達(dá)式9/17/202218第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式參數(shù)表達(dá)式通常9/17/202219第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式實(shí)用表達(dá)式忽略R1，則9/17/202220第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三

6、相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性固有機(jī)械特性幾個(gè)特殊運(yùn)行點(diǎn)1）起始點(diǎn)A，特點(diǎn)：n = 0（s = 1），T = Tst，I1st=（47）IN；2）額定工作點(diǎn)B ，特點(diǎn)：n = nN（s=sN），T = TN，I1 = IN ；3）同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)H ，特點(diǎn)：n= n0（s = 0），T=0，I1 = I0 ；4）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P和P電動(dòng)狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P，特點(diǎn)：T=Tm，s = sm，對(duì)應(yīng)書中式(10-16) 、(10-17) 中的正號(hào)；回饋制動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P，特點(diǎn)：T=Tm，s= sm，對(duì)應(yīng)書中式(10-16) 、(10-17) 中的負(fù)號(hào)。9/17/202221第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各

7、種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性降低 Ux時(shí)的人為機(jī)械特性當(dāng)降低Ux時(shí)，Tm，Tst與Ux2成正比，sm與Ux無關(guān)。9/17/202222第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性R2增大時(shí)，n0， Tm不變，sm增大，Tst一開始增大，當(dāng)增大到Tst=Tm后Tst開始減小。9/17/202223第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性定子回路串聯(lián)對(duì)稱電抗時(shí)的人為機(jī)械特性X1增大時(shí)，n0不變，Tm 、sm、Tst隨X

8、1的增大而減小。9/17/202224第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性定子回路串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性R1增大時(shí)，n0不變，Tm 、sm、Tst隨X1的增大而減小，與定子回路串對(duì)稱電抗相似。9/17/202225第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子回路接入并聯(lián)電抗時(shí)的人為機(jī)械特性起動(dòng)初期，轉(zhuǎn)子頻率相當(dāng)大，電抗器的感抗Xst=2psf1Lst較大，轉(zhuǎn)子電流的大部分將流過電阻Rst，這時(shí)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。隨著起動(dòng)過程的進(jìn)行，sf1或Xst越來越小，起動(dòng)結(jié)束時(shí)，

9、 Xst很小，幾乎將Rst短接。9/17/202226第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同，機(jī)械特性落在第一與第三象限。電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收電能，轉(zhuǎn)換成機(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載。9/17/202227第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)這時(shí)，nn0，轉(zhuǎn)差率s為：回饋制動(dòng)9/17/202228第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)這時(shí)轉(zhuǎn)差率s為：反接制動(dòng)轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)9/17/202229第三章 三相異

10、步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)這時(shí)轉(zhuǎn)差率s為：反接制動(dòng)定子兩相反接的反接制動(dòng)制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)9/17/202230第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：改變轉(zhuǎn)子電阻或通入定子的直流勵(lì)磁均可調(diào)節(jié)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到零時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦下降到零，使生產(chǎn)機(jī)械準(zhǔn)確停車；常用于礦井提升及起重運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)機(jī)械。制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)9/17/202231第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算其參數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)一般可查到下列技術(shù)數(shù)據(jù)：1）額定功率 PN （kW）； 2）額定定子線電壓 U1N

11、（V）；3）額定定子線電流 I1N （A）； 4）額定轉(zhuǎn)速nN（r/min）； 5）額定效率 h； 6）定子額定功率因數(shù)cosj1N；7）過載倍數(shù)KT，KT=Tm/TN； 8）飛輪慣量GD2 （ Nm2 ）；9）對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，還給出兩個(gè)轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，即 a）轉(zhuǎn)子額定線電動(dòng)勢(shì)E2N（V）； b）轉(zhuǎn)子額定線電流I2N（A）。10）對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)，沒有轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，但給出下列兩個(gè)數(shù)據(jù) a）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Kst，Kst=Tst/TN； b）起動(dòng)電流倍數(shù)K1，K1=I1st/I1N。9/17/202232根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算其參數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩TN（Nm）最大轉(zhuǎn)矩Tm（Nm）

12、繞線轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2（W）定子繞組每相電阻R1定子D型接法臨界轉(zhuǎn)差率定子Y型接法第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)9/17/202233第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算其參數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算總電抗X，X=X1+X2定子電抗X1及轉(zhuǎn)子電抗X2轉(zhuǎn)子繞組每相電阻折算值R2還有其它計(jì)算公式空載電流I0其中勵(lì)磁電抗X0定子D型接法定子Y型接法9/17/202234第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)、軟啟動(dòng)直接起動(dòng)一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于7.5kW時(shí)允許直接起動(dòng)。如果功率

13、大于7.5kW，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求的，電動(dòng)機(jī)也可允許直接起動(dòng)。9/17/202235第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)、軟啟動(dòng)降壓起動(dòng)定子串電阻或電抗降壓起動(dòng)9/17/202236第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)、軟啟動(dòng)降壓起動(dòng)自耦補(bǔ)償起動(dòng)通過自耦變壓器，從電網(wǎng)吸取的電流為9/17/202237第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)、軟啟動(dòng)降壓起動(dòng)星形/三角形（Y/D）降壓起動(dòng)降壓

14、起動(dòng)延邊三角形降壓起動(dòng)9/17/202238第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)、軟啟動(dòng)軟起動(dòng)軟起動(dòng)器分為磁控式與電子式兩種，目前主要使用電子式軟起動(dòng)器 。電子式軟起動(dòng)器的五種啟動(dòng)方法：1）限流或恒流起動(dòng)方法； 2）斜坡電壓起動(dòng)法； 3）轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)法； 4）轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳控制起動(dòng)法； 5）電壓控制起動(dòng)法9/17/202239第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法轉(zhuǎn)子串電阻轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)s = 1，轉(zhuǎn)子頻率較高，f2 = sf1 = 50Hz，這時(shí)頻敏變阻器內(nèi)與頻率平

15、方成正比的渦流損耗較大，等效電阻Rm也較大，起到限制起動(dòng)電流的作用。9/17/202240第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算改善起動(dòng)性能的三相異步電動(dòng)機(jī)深槽異步電動(dòng)機(jī)雙籠型異步電動(dòng)機(jī)9/17/202241第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算籠型異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱起動(dòng)電阻計(jì)算設(shè)全壓直接起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流 和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為I1st，Tst；定子串電阻起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流 和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別I1st，Tst考慮TstI21st，則，a2=b9/17/202242第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算籠型異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱起動(dòng)電阻計(jì)算定子繞組為星形接法時(shí)定子繞組為三角形接

16、法時(shí)一般情況下，按電動(dòng)機(jī)的平均數(shù)值可令則9/17/202243第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱起動(dòng)電阻的計(jì)算圖解解析法9/17/202244第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱起動(dòng)電阻的計(jì)算解析法令9/17/202245第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)過渡過程的能量損耗異步電動(dòng)機(jī)過渡過程能量損耗的一般公式空載起動(dòng)空載反接制動(dòng)空載能耗制動(dòng)9/17/202246第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式變極調(diào)速YYY時(shí)DYY時(shí)9/17/202247第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速f1較高時(shí)，可忽略R1，

17、則變頻調(diào)速9/17/202248第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速9/17/202249第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速滑差電動(dòng)機(jī)調(diào)速改變定子電壓調(diào)速能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速9/17/202250第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速引入與sE2同相的Ef引入與sE2反相的Ef能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速串級(jí)調(diào)速繞線異步電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)或電子設(shè)備串級(jí)聯(lián)接以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，稱為串級(jí)調(diào)速。9/17/202251第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速引入超前sE2某一角度q的Ef，即可調(diào)速，又可以提高異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速串級(jí)調(diào)速9/17/202252第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)9/17/202253第六章 多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)硬軸聯(lián)結(jié)的雙電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的雙機(jī)拖動(dòng)9/17/202254第六章 多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)硬軸聯(lián)結(jié)的雙電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)交流異