電力拖動基礎2023年2月5日2內容電力拖動-起動電力拖動簡介及特點電力拖動的概念電力拖動-制動電力拖動-調速電力拖動的概念以電動機作為原動機拖動機械設備運動的一種拖動方式。又稱電氣傳動。2023年2月5日3電力拖動的簡史簡史

各類機械設備的運動都要依靠動力。在電動機問世以前，人類生產多以風力、水力或蒸汽機作為動力。19世紀30年代出現了直流電動機，俄國物理學家Б.С.雅科比首次以蓄電池供電給直流電動機，作為快艇螺旋槳的動力裝置，以推動快艇航行。此后，以電動機作為原動機的拖動方式開始被人們所矚目。到80年代，由于三相交流電傳輸方便以及結構簡單的三相交流異步電動機的發明，使電力拖動得到了發展。20世紀，隨著社會的進步，為提高生產率和改善產品質量，工業部門對機械設備不斷提出新的、高的技術要求。如要求有寬的速度調節范圍、有高的調速精度、能快速地進行可逆運行以及對位置、加速度、張力、轉矩等物理量的可控性能的要求等。以蒸汽機、柴油機等作為原動機的拖動裝置很難甚至不可能予以完成，而應用電力拖動則能很好地滿足上述技術要求。因此，電力拖動被廣泛用于冶金、石油、交通、紡織、機械、煤炭、輕工、國防和農業生產等部門，在國民經濟中占有重要地位，是社會生產不可缺少的一種傳動方式。2023年2月5日4電力拖動的特點特點：由于電能獲得方便，使用電動機的設備體積比其他動力裝置小,并且沒有汽、油等對環境的污染,控制方便，運行性能好，傳動效率高，可節省能源等。所以，80％以上的機械設備，小如用步進電機拖動指針跳動的電子手表、大到上萬千瓦的大型軋鋼機械等都應用電力拖動。80年代，中國生產的電能中約有三分之一用于電力拖動。單個電力拖動裝置的功率可以從幾毫瓦到幾百兆瓦，轉速可從每小時幾轉到每分鐘數萬轉

2023年2月5日5電力拖動的應用-起動三相異步電動機的起動、制動與調速異步電動機的起動起動：電動機接通電源后，轉速由零到穩定的動態過程。要求：1.起動電流小；2.起動轉矩大；3.起動時間短方法：1.全壓(直接)起動；2.降壓起動。2023年2月5日6電力拖動的應用-起動異步電動機的起動性能：1.起動電流大的原因當感應電動機處在停止狀態時，從電磁的角度看，就象變壓器，接到電源去的定子繞組相當于變壓器的一次線圈，成閉路的轉子繞組相當于變壓器被短路的二次線圈；定子繞組和轉子繞組間無電的的聯系，只有磁的聯系，磁通經定子、氣隙、轉子鐵芯成閉路。當合閘瞬間，轉子因慣性還未轉起來，旋轉磁場以最大的切割速度——同步轉速切割轉子繞組，使轉子繞組感應起可能達到的最高的電勢，因而，在轉子導體中流過很大的電流，這個電流產生抵消定子磁場的磁能，就象變壓器二次磁通要抵消一次磁通的作用一樣。而定子方面為了維護與該時電源電壓相適應的原有磁通，遂自動增加電流。因為此時轉子的電流很大，故定子電流也增得很大，甚至高達額定電流的4~7倍，這就是啟動電流大的緣由。2023年2月5日7電力拖動的應用-起動2.起動轉矩不大的原因啟動電流大又導致定子繞組的漏阻抗壓降增大，若供電電源容量小，還會導致電源輸出電壓下降，其結果均使每極氣隙磁通量下降，進而引起啟動轉矩的減小。2023年2月5日8電力拖動的應用-起動鼠籠式異步電動機全壓直接起動條件在電源容量允許時，也就是負載在發電機單機容量60%如下的鼠籠式異步電動機通常采用全壓起動。2023年2月5日9電力拖動的應用-起動鼠籠式三相異步電動機降壓起動

方法：起動時將定子繞組接成Y形，轉速升高后再接成△形。2023年2月5日10起動電流和轉矩都降低為△形時的1/3電力拖動的應用-起動2023年2月5日11繞線式三相異步電動機起動方法：轉子繞組通過滑環和電刷引出電機，并與三相變阻器連接。起動時，變阻器的電阻最大，接通電源后逐漸減小三相變阻器電阻直至三相變阻器電阻為零，起動結束。電力拖動的應用-起動軟啟動

電壓由零慢慢提升到額定電壓，這樣電機在啟動過程中的啟動電流，就由過去過載沖擊電流不可控制變成為可控制。并且可根據需要調節啟動電流的大小。電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。這就是軟啟動2023年2月5日12電力拖動的應用-起動軟啟動器簡介軟啟器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉速時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。2023年2月5日13電力拖動的應用-制動電動機自由停車的時間較長，隨慣性大小而不同，而某些生產機械要求迅速、準確地停車，如鏜床、車床的主電動機需快速停車；起重機為使重物停位準確及現場安全要求，也必須采用快速、可靠的制動方式制動運行狀態：產生與轉向相反的電磁轉矩叫制動制動目的：1.迅速停車；2.減速；3.勻速（不再加速）。2023年2月5日14電力拖動的應用-制動制動方式：1、機械制動：電磁鐵制動。2、電氣制動：反接、能耗、回饋等三種制動。2023年2月5日15電力拖動的應用-制動一、機械制動當電動機的定子繞組斷電后，利用機械裝置使電動機立即停轉。電磁抱閘制動器2023年2月5日16MZD1系列交流單相制動電磁鐵TJ2系列閘瓦制動器電力拖動的應用-制動2023年2月5日17電力拖動的應用-制動2023年2月5日18電力拖動的應用-制動2023年2月5日19電力拖動的應用-制動二、電氣制動電動機產生一個和電動機實際旋轉方向相反的電磁轉矩，使電動機迅速停轉。2023年2月5日20電力拖動的應用-制動（一）能耗制動電機在正常運行中，為了迅速停車，不僅斷開三相交流電源，還要在定子線圈中接入直流電源，在定子線圈中通入直流電流，形成磁場，轉子由于慣性繼續旋轉切割磁場，而在轉子中形成感應電動勢和電流，產生的轉矩方向與電機的旋轉方向相反，產生制動作用，最終使電機停止。

直流勵磁電流產生一個恒定的磁場，因慣性繼續旋轉的轉子切割恒定磁場，導體中感應電動勢和電流。感應電流與磁場作用產生的電磁轉矩為制動性質，轉速迅速下降，當轉速為零時，感應電動勢和電流為零，制動過程結束。2023年2月5日21電力拖動的應用-制動2023年2月5日22電力拖動的應用-制動（二）反接制動在三相異步電動機切斷正常運轉電源的同時改變電動機定子繞組的電源相序，使之有反轉趨勢而產生較大的制動力矩的方法。反接制動的實質：使電動機欲反轉而制動，因此當電動機的轉速接近零時，應立即切斷反接轉制動電源，否則電動機會反轉。實際控制中采用速度繼電器來自動切除制動電源。2023年2月5日23電力拖動的應用-制動2023年2月5日24電力拖動的應用-制動反接制動注意事項：一般地，速度繼電器的釋放值調整到90轉/分左右，如釋放值調整得太大，反接制動不充分；調整得太小，又不能及時斷開電源而造成短時反轉現象。反接制動制動力強，制動迅速，控制電路簡單，設備投資少，但制動準確性差，制動過程中沖擊力強烈，易損壞傳動部件。因此適用于l0kw以下小容量的電動機制動要求迅速、系統慣性大，不經常啟動與制動的設備，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。2023年2月5日25電力拖動的應用-制動（三）回饋制動

分為直流回饋制動和交流回饋制動

交流回饋制動采用的是有源逆變技術，將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動。要實現回饋制動，就必須要將回饋電能進行同頻同相控制、回饋電流控制等條件，才能將回饋電能安全送達電網上。2023年2月5日26電力拖動的應用-制動原理

在變頻調速系統中，電動機的減速和停止都是通過逐漸減小運行頻率來實現的，在變頻器頻率減小的瞬間，電動機的同步轉速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電動機的轉子轉速未變，或者說，它的轉速變化是有一定時間滯后的，這時會出現實際轉速大于給定轉速，從而產生電動機反電動勢高于變頻器直流端電壓的情況，這時電動機就變成發電機，非但不消耗電網電能，反而可以通過變頻器專用型能量回饋單元向電網送電，這樣既有良好的制動效果，又將動能轉變化為電能，向電網送電而達到回收能量的效果。2023年2月5日27電力拖動的應用-調速異步電機的調速：由異步電動機的轉速公式可知，異步電動機有下列三種基本調速方法：1）改變轉差率調速。（1）轉子串電阻（2）改變定子電壓2）改變定子極對數調速。（1）可變極的雙速繞組（2）多套不同極對數的定子繞組3）改變電源頻率調速。2023年2月5日28電力拖動的應用-調速1)改變轉差率調速(1)繞線轉子串接電阻調速特點：簡單，滿足多級調速要求，屬于有級調速（轉速只能逐檔變化），調速和起動電阻可共用缺點：RS功耗大，輕載調速范圍窄。適用場合：帶額定負載起動，如起重設備等。2023年2月5日29電力拖動的應用-調速(2)改變定子電壓的調速降壓調速屬于改變轉差率調速。特點：恒轉矩型負載調速范圍很小，而通風機型負載，調速范圍則比較大適用場合：帶通風機型負載的電動機2023年2月5日30電力拖動的應用-調速2)變極調速通過改變繞組的連接方式，改變電機的極數，從而獲得兩種或兩種以上轉速的分級調速方法。這種調速方法