291014章白色电气传动

1、12010年年注册电气工程师执业资格考试注册电气工程师执业资格考试供配电专业考试复习辅导供配电专业考试复习辅导第十四章第十四章 电气传动电气传动2 14.1 熟悉熟悉电气传动系统的组成及分类电气传动系统的组成及分类 14.2 了解了解电动机的选择的技术要求电动机的选择的技术要求 14.3 掌握掌握交、直流电动机的起动方式及起动校验交、直流电动机的起动方式及起动校验 14.4 掌握掌握交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术 14.5 掌握掌握交、直流电动机的电气制动方式及计算方法交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 14.6 掌握掌握电动机保护配置及计算方法电动机保护配置及计算方法 14

2、.7 熟悉熟悉低压电动机控制电器的选择低压电动机控制电器的选择 14.8 了解了解电动机调速系统性能指标电动机调速系统性能指标 14.9 熟悉熟悉PLC的应用的应用3 14.1 电气传动系统的组成及分类（熟悉）电气传动系统的组成及分类（熟悉） 主要参考资料：主要参考资料： 电气传动自动化技术手册电气传动自动化技术手册(第第2版）版） 电气传动系统的主要组成：电动机、电源装置和控制装置。电气传动系统的主要组成：电动机、电源装置和控制装置。 14.1.1电源装置电源装置（1）母线供电装置）母线供电装置: 1）交流母线；）交流母线；2）直流母线。）直流母线。（2）机组变流装置）机组变流装置: 1）直

3、流发电机组；）直流发电机组；2）变频机组。）变频机组。（3）电力电子变流装置）电力电子变流装置 1）按变流种类分）按变流种类分: 整流装置；交流调压装置；变频装置整流装置；交流调压装置；变频装置 2）按使用器件分）按使用器件分 a) 汞弧整流装置（水银整流器），目前已很少用。汞弧整流装置（水银整流器），目前已很少用。 b)普通晶闸管整流装置普通晶闸管整流装置 c)新型自关断器件装置：新型自关断器件装置： 门极关断晶闸管（门极关断晶闸管（GTO)； 绝缘栅双极型晶体管（绝缘栅双极型晶体管（IGBT)； 集成门极换向晶体管（集成门极换向晶体管（IGCT)；注入增强栅晶体管（；注入增强栅晶体管（IE

4、CT)； 等等。等等。414.1.2 控制系统控制系统14.1.2.1 按所用的器件分类：按所用的器件分类： （1）电器控制：继电器接触器控制。）电器控制：继电器接触器控制。 （2）电机放大机和磁放大器控制：与机组供电配合使用。）电机放大机和磁放大器控制：与机组供电配合使用。 （3）电子控制装置：电子管控制装置、半导体控制装置。）电子控制装置：电子管控制装置、半导体控制装置。14.1.2.2 按工作原理分类：按工作原理分类： （1）逻辑控制：设备正反转；逻辑联锁控制；有级调速，控制）逻辑控制：设备正反转；逻辑联锁控制；有级调速，控制 信号来自主令或信号来自主令或 PLC。 （2）连续速度调节：

5、）连续速度调节： 连续改变电机转速，有开环、闭环、复合控制；连续改变电机转速，有开环、闭环、复合控制； 控制信号的处理方法有模拟、数字及模拟控制信号的处理方法有模拟、数字及模拟/数字混合控制。数字混合控制。 514.1.3 电动机电动机 14.1.3.1 电动机的类型电动机的类型 他励电动机他励电动机 励磁直流电动机励磁直流电动机 串励电动机串励电动机 直流电动机直流电动机 复励电动机复励电动机 永磁直流电动机（小功率）永磁直流电动机（小功率） 鼠笼型电动机鼠笼型电动机 异步电动机异步电动机 绕线型电动机绕线型电动机 交流电动机交流电动机 励磁式励磁式 普通同步电动机普通同步电动机 永磁式永磁

6、式 同步电动机同步电动机 无换向器电动机无换向器电动机 磁阻电动机磁阻电动机 614.1.3.2 电动机的自然机械特性电动机的自然机械特性 (1) 电动机的自然机械特性电动机的自然机械特性 见见 P539 图图14-1-1 (2) 电动机的机械特性电动机的机械特性,计算公式及主要性能计算公式及主要性能 见见 P539P542 表表14-1-114.1.3.3 生产机械的负载类型生产机械的负载类型（1）恒转矩负载（恒阻转矩负载、恒位势转矩）：）恒转矩负载（恒阻转矩负载、恒位势转矩）： 负载转矩与转速无关，在任何转速下，负载转矩总保持恒负载转矩与转速无关，在任何转速下，负载转矩总保持恒 定或大致恒

7、定，这类负载转矩称为恒转矩负载。如：轧钢机定或大致恒定，这类负载转矩称为恒转矩负载。如：轧钢机 、运输机、电梯、卷扬机等。、运输机、电梯、卷扬机等。 （2）恒功率负载）恒功率负载: 负载转矩与转速成反比，功率基本恒定。如：机床切削、负载转矩与转速成反比，功率基本恒定。如：机床切削、 开卷机恒张力轧制等、开卷机恒张力轧制等、 （3）风机、泵类负载：）风机、泵类负载： 在一定范围内介质的阻力大致与转速的平方成正比。在一定范围内介质的阻力大致与转速的平方成正比。7814.1.3.4 电动机的工作制电动机的工作制（1 1）生产机械的工作制）生产机械的工作制 1 1）长期工作制：机械长期运行，平稳负载、

8、波动或重复短时负）长期工作制：机械长期运行，平稳负载、波动或重复短时负 载、短时负载。载、短时负载。 2 2）短期和重复短期工作制：有起停加减速，短期、重复短期。）短期和重复短期工作制：有起停加减速，短期、重复短期。（2 2）电动机的工作制电动机的工作制 电机工作制是对电机承受负载情况的说明，包括起动、电制电机工作制是对电机承受负载情况的说明，包括起动、电制 动、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序。动、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序。 电动机的工作制类型：电动机的工作制类型： 对应于生产机械的各种工作制，通常将传动电动机的工作类对应于生产机械的各种工作制，通常将传动

9、电动机的工作类 型分为型分为10类：见类：见P544 表表14-1-2。 S1 连续工作制：连续工作制： 在恒定负载下连续运行至热稳定状态。在恒定负载下连续运行至热稳定状态。 S2 短时工作制：在恒定负载下按给定时间运行，未达到热稳定状短时工作制：在恒定负载下按给定时间运行，未达到热稳定状 态即停机和断能一段时间，使电机再度冷却到与冷却介质温度态即停机和断能一段时间，使电机再度冷却到与冷却介质温度 在在2K以内。以内。.9S3 断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，工作周期由断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，工作周期由 恒定运行时间和停机时间组成。恒定运行时间和停机时间组成。S

10、4 包括启动的断续周期工作制：按相同的工作周期运行，工作周包括启动的断续周期工作制：按相同的工作周期运行，工作周 期由起动、恒定负载运行和停机组成。期由起动、恒定负载运行和停机组成。S5 包括电制动的断续周期工作制：按相同的工作周期运行，工作包括电制动的断续周期工作制：按相同的工作周期运行，工作 周期由起动、恒定负载运行、快速电制动和停机组成。周期由起动、恒定负载运行、快速电制动和停机组成。S6 连续周期工作制：按相同的工作周期运行，每一个工作周期由连续周期工作制：按相同的工作周期运行，每一个工作周期由 恒定负载运行和空载运行组成。恒定负载运行和空载运行组成。S7 包括电制动的连续周期工作制：

11、按相同的工作周期运行，工作包括电制动的连续周期工作制：按相同的工作周期运行，工作 周期由起动、恒定负载运行、电制动组成。周期由起动、恒定负载运行、电制动组成。S8 包括负载与转速相应变化的连续周期工作制。包括负载与转速相应变化的连续周期工作制。S9 负载和转速作非周期变化的工作制。负载和转速作非周期变化的工作制。S10 离散恒定负载（离散恒定负载（4种）工作制。种）工作制。t10 短时额定时限一般为短时额定时限一般为10、30、60或或90min。 对于对于S3、S6每一工作周期的时间每一工作周期的时间 10min。 对于对于S2、S4、S5、S6、S8 等等 5 种工作制：种工作制： 负载持

12、续率均为负载持续率均为15、25、40、60。 对于对于S4、S5、S7、S8 等等 4 工作制（起、制动）：工作制（起、制动）： 每小时的等效起动次数一般为每小时的等效起动次数一般为150、300、600次次1114.2 电动机的选择电动机的选择（了解）（了解） 主要参考资料：主要参考资料： 钢铁企业电力设计手册钢铁企业电力设计手册 电气传动自动化技术手册电气传动自动化技术手册 (第第2版）版） 通用用电设备配电设计规范通用用电设备配电设计规范GB5005514.2.1 电动机选择的基本要求电动机选择的基本要求 电动机的工作制、额定功率、堵转转矩、最小转矩、最大电动机的工作制、额定功率、堵转

13、转矩、最小转矩、最大 转矩、转速及其调节范围等全部电气和机械参数，应满足电动转矩、转速及其调节范围等全部电气和机械参数，应满足电动 机所拖动机械在各种运行方式的要求。机所拖动机械在各种运行方式的要求。 电动机的类型、防护型式、额定功率、转速、电压、电动机的类型、防护型式、额定功率、转速、电压、绝缘绝缘 等级、海拔高度、安装形式等级、海拔高度、安装形式的要求应符合负载工艺、电网条件、的要求应符合负载工艺、电网条件、 工作环境的要求。工作环境的要求。1214.2.2 电动机的类型选择电动机的类型选择 应符合下列规定：应符合下列规定： （1）机械对起动、调速无特殊要求时，应采用笼型电动机。）机械对起

14、动、调速无特殊要求时，应采用笼型电动机。 功率较大且连续工作时宜采用同步电动机。功率较大且连续工作时宜采用同步电动机。（2）采用绕线型转子电动机：）采用绕线型转子电动机：l 重载起动的机械。重载起动的机械。l 调速范围不大的机械，低速运行时间较短。调速范围不大的机械，低速运行时间较短。（3）机械对起动、调速及制动有特殊要求时，电动机的类型及）机械对起动、调速及制动有特殊要求时，电动机的类型及 调速方式应根据技术经济比较确定。优先考虑交流电动机调速方式应根据技术经济比较确定。优先考虑交流电动机 及相应的调速方法。如考虑有特殊要求，交流电动机不能及相应的调速方法。如考虑有特殊要求，交流电动机不能

15、满足要求时，宜考虑直流电动机。满足要求时，宜考虑直流电动机。（4）选择调速装置时应选用相应类型的电动机，如变频电机。）选择调速装置时应选用相应类型的电动机，如变频电机。 1314.2.3 电动机转速的选择电动机转速的选择（1）不需要调速的高、中速机械选择相同转速的电机直接连接。）不需要调速的高、中速机械选择相同转速的电机直接连接。（2）不需要调速的低速机械选择电机通过减速机传动。）不需要调速的低速机械选择电机通过减速机传动。（3）需要调速的机械，电动机的转速与机械的最高转速相适应并）需要调速的机械，电动机的转速与机械的最高转速相适应并 留有留有1015向上调整的裕量。合理选择减速机传动比和向上

16、调整的裕量。合理选择减速机传动比和 电动机的基速。电动机的基速。（4）反复短时工作的机械，电动机除了满足最高转速外还要考虑）反复短时工作的机械，电动机除了满足最高转速外还要考虑 实现最大的加、减速的传动比，提高生产率。实现最大的加、减速的传动比，提高生产率。1414.2.4 电动机电压的选择电动机电压的选择 根据额定功率和所在系统配电电压选定。根据额定功率和所在系统配电电压选定。 （1） 交流供电电压：交流供电电压：10kV，6kV，380V。 （2） 交流电动机额定电压选择，根据供电电压、电动机容量及交流电动机额定电压选择，根据供电电压、电动机容量及 技术经济比较确定。技术经济比较确定。 大

17、容量电动机优先选用大容量电动机优先选用10kV。 200300kW交流电动机根据电网能力、建设和维护投资及交流电动机根据电网能力、建设和维护投资及 能耗综合考虑。能耗综合考虑。 （3）直流电动机电压应与电动机容量及电力电子器件能力匹配。）直流电动机电压应与电动机容量及电力电子器件能力匹配。 1514.2.5 电动机结构防护形式与冷却方式的选择电动机结构防护形式与冷却方式的选择（1)电动机结构防护形式电动机结构防护形式 GB/T4942.1-2006 防护标志表示形式：防护标志表示形式： I P 见见P550 防护标志由字母防护标志由字母I P和两个表示防护等级的表征数字组成。和两个表示防护等级

18、的表征数字组成。 第一位表示外壳对人和壳内部件提供的防护等级，见第一位表示外壳对人和壳内部件提供的防护等级，见 表表14-2-1 。 第二位表示由于外壳进水而引起有害影响的防护等级第二位表示由于外壳进水而引起有害影响的防护等级 见表见表14-2-2 。 （2）电动机的冷却方式）电动机的冷却方式 GB/T 1993-1993 完整标记：完整标记：IC 8 A 1 W 7 简化标记：简化标记：IC 8 1 W 标志字母（标志字母（IC） 见见P552 冷却介质的特征字母（冷却介质的特征字母（A、W）：见表）：见表14-2-3。 冷却回路布置的特征数字（冷却回路布置的特征数字（8）：见表）：见表14

19、-2-4 。 冷却介质的推动方法（冷却介质的推动方法（1、7）：见表）：见表14-2-5 。（3）电动机的结构防护形式及冷却方式应）电动机的结构防护形式及冷却方式应符合安装场所的环境条符合安装场所的环境条 件件。见表。见表14-2-6。 16 14.2.6 电动机绝缘等级的选择电动机绝缘等级的选择 环境温度环境温度40以下：以下：A级，级，E级。级。 环境温度环境温度40以上：以上：B级，级，F级。级。 绝缘材料的允许温升绝缘材料的允许温升: 见见P555表表14-2-71714.2.7 电动机的额定功率选择电动机的额定功率选择一般规定：一般规定：（1）连续工作负载平稳的机械采用连续定额的电动

20、机，额定功）连续工作负载平稳的机械采用连续定额的电动机，额定功 率按机械的轴功率选择。重载起动按起动条件校验额定功率按机械的轴功率选择。重载起动按起动条件校验额定功 率。率。（2）短时工作的机械应采用短时定额的电动机，额定功率按机）短时工作的机械应采用短时定额的电动机，额定功率按机 械的轴功率选择。械的轴功率选择。（3）断续周期工作制的机械应采用相应周期工作定额的电动机）断续周期工作制的机械应采用相应周期工作定额的电动机 ，其额定功率宜根据制造厂提供的不同负载持续率和不同，其额定功率宜根据制造厂提供的不同负载持续率和不同 起动次数下的允许输出功率选择。起动次数下的允许输出功率选择。（4）连续工

21、作负载周期变化的机械应采用相应周期工作定额的）连续工作负载周期变化的机械应采用相应周期工作定额的 电动机，其额定功率宜根据机械提供的数据选择或按等效电动机，其额定功率宜根据机械提供的数据选择或按等效 电流法或等效转矩法选择，应按运行过载转矩校验。电流法或等效转矩法选择，应按运行过载转矩校验。（5）根据机械的类型和重要性计入适当的储备系数。）根据机械的类型和重要性计入适当的储备系数。（6）根据环境条件进行必要的修正。）根据环境条件进行必要的修正。 18电动机容量计算常用公式电动机容量计算常用公式见见P556表表14-2-9。几种常用机械传动中所用电动机的功率计算：几种常用机械传动中所用电动机的功

22、率计算：（1）离心风机）离心风机 ： 电动机的功率，电动机的功率，kW； 送风量，送风量，m3/s； 空气压力，空气压力，Pa； 风机效率，风机效率，0.40.75； 传动效率；传动效率； 裕量系数。裕量系数。（2）离心式水泵）离心式水泵 ： 电动机的功率，电动机的功率，kW； 液体的密度，液体的密度，kg/m3； 泵的出水量，泵的出水量，m3/s； 水头，水头，m； 主管损失水头，主管损失水头，m； 水泵效率，水泵效率，0.60.84 传动效率；传动效率； 裕量系数。裕量系数。310ckQHPcHHQkP102)(cHQkPHHckQP19（3）离心式压缩机）离心式压缩机 ： 电动机功率，电

23、动机功率，kW； 压缩机生产率，压缩机生产率，m3/s； 压缩压缩1m3空气至绝对压力空气至绝对压力p1的等温功，的等温功，Nm； 压缩压缩1m3空气至绝对压力空气至绝对压力p1的绝热功，的绝热功，Nm； 压缩机总效率。压缩机总效率。（4）起重机）起重机 ： 起升机构电动机功率，起升机构电动机功率，kW； 运动线速度，运动线速度，m/s； 机械传动效率；机械传动效率； 运动时的阻力，起升重量，运动时的阻力，起升重量，N。3102)AA(QPrd310FvPrAdAQPvFP2014.2.8 电动机容量校验电动机容量校验 电动机的功率计算一般由机械专业预选，然后进行下列校验：电动机的功率计算一般

24、由机械专业预选，然后进行下列校验：（1）发热校验：根据生产机械的工作制和负载图按等效电流法或）发热校验：根据生产机械的工作制和负载图按等效电流法或 平均损耗法计算。留有适当余量（平均损耗法计算。留有适当余量（10左右）。左右）。（2）起动校验：电压降，起动转矩。）起动校验：电压降，起动转矩。（3）过载能力校验：电动机最大过载转矩应大于负载峰值转矩。）过载能力校验：电动机最大过载转矩应大于负载峰值转矩。（4）电动机）电动机GD2校验：起动时间，速度降，响应时间。校验：起动时间，速度降，响应时间。21 各种工作制电动机容量校验各种工作制电动机容量校验（1）负荷平稳的连续工作制（）负荷平稳的连续工作

25、制（S1) 1) 按轴功率确定额定功率：按轴功率确定额定功率： 额定功率，额定功率，kW； 折算到电动机轴上的负荷功率，折算到电动机轴上的负荷功率，kW； 折算到电动机轴上的负荷转矩，折算到电动机轴上的负荷转矩，Nm; 电动机的额定转速，电动机的额定转速，r/min。 直流电动机负载转矩恒定，基速以上调速时：直流电动机负载转矩恒定，基速以上调速时： 电动机的最高工作转速，电动机的最高工作转速，r/min。 9550NLLNnTPP9550maxnTPLNNnLTLPNPmaxn222）校验最小起动转矩和最大飞轮转矩时功率。）校验最小起动转矩和最大飞轮转矩时功率。 电动机的最小起动转矩：电动机的

26、最小起动转矩： 最小起动转矩，最小起动转矩，Nm； 起动过程中可能出现的最大负荷转矩，起动过程中可能出现的最大负荷转矩， Nm； 保证起动时有足够转矩的系数，保证起动时有足够转矩的系数，1.151.25； 电压波动系数，起动时电动机端电压电压波动系数，起动时电动机端电压/电动机额定电压。电动机额定电压。 电动机允许的最大飞轮转矩电动机允许的最大飞轮转矩 ： 折算到电动机轴上的传动机械的最大飞轮矩，折算到电动机轴上的传动机械的最大飞轮矩，Nm2； 折算到电动机轴上的整个传动系统允许的最大飞轮矩折算到电动机轴上的整个传动系统允许的最大飞轮矩 ， Nm2； 电动机转子飞轮矩，电动机转子飞轮矩， Nm

27、2； 电动机的平均起动转矩，电动机的平均起动转矩， Nm。22max2022)1 (MusavLxmmesGDKTTGDGDGD2maxminuSLMKKTTuKSKmaxLTminMT2MGD20GD2xmGD2mesGDsavT23（2）短时工作制）短时工作制 校验电动机的校验电动机的过载能力：过载能力： 电动机额定功率，电动机额定功率，kW； 短时负荷功率最大值，短时负荷功率最大值，kW； 电动机的过载倍数。电动机的过载倍数。 75.0maxLNPPmaxLPNP24（3) 变动负载连续工作制变动负载连续工作制 校验发热校验发热：变动负载连续工作制采用等效电流法和等效转矩法校：变动负载连

28、续工作制采用等效电流法和等效转矩法校 验电动机发热。验电动机发热。用阶梯曲线代替电流、转矩曲线计算等效电流用阶梯曲线代替电流、转矩曲线计算等效电流 或等效转矩或等效转矩 。 各分段时间内的电流值，各分段时间内的电流值，A； 各分段时间内的转矩值，各分段时间内的转矩值， N.m 。 一个周期的总时间，一个周期的总时间，s； 电动机的额定电流，电动机的额定电流，A； 电动机的额定转矩，电动机的额定转矩， N.m。 cnnrmaNTtItItIII2222121 NTrmaIrmaTcTNInII 1nCtttT21cnnrmaNTtTtTtTTT2222121 nTT 125 选取电动机的额定值后

29、，选取电动机的额定值后，校验电动机的过载能力校验电动机的过载能力： 电动机额定转矩，电动机额定转矩， N.m ； 最大负载转矩，最大负载转矩， N.m ； 电网电压波动对电动机转矩影响的系数，电网电压波动对电动机转矩影响的系数， 同步机同步机0.85，异步机，异步机0.72，直流电机，直流电机1.0。 电动机的过载倍数。电动机的过载倍数。 uLNKTT9.0maxmaxLTNTuK26 电动机容量的修正电动机容量的修正 环境温度变化时电动机的可用功率环境温度变化时电动机的可用功率 修正为：修正为： 额定环境温度下电动机额定功率，额定环境温度下电动机额定功率，kW； 环境温度改变时的修正系数；环

30、境温度改变时的修正系数； 环境温度改变值，环境温度改变值，； 额定环境温度额定环境温度 时的电机额定温升，时的电机额定温升，； 电动机的额定损耗和额定可变损耗之比，查表；电动机的额定损耗和额定可变损耗之比，查表； NXPP )1(1NXXNPPN27例题例题 他励直流电动机磁通减小时对其机械特性的影响，以下哪种他励直流电动机磁通减小时对其机械特性的影响，以下哪种说法正确？说法正确？ A. 理想空载转速降低，机械特性变硬理想空载转速降低，机械特性变硬 B. 理想空载转速降低，机械特性变软理想空载转速降低，机械特性变软 C. 理想空载转速提高，机械特性变硬理想空载转速提高，机械特性变硬 D. 理想

31、空载转速提高，机械特性变软理想空载转速提高，机械特性变软 答案：答案：D 分析：分析： 根据根据钢铁企业电力设计手册钢铁企业电力设计手册下册下册P3 (2007指导书指导书P541)， 在他励直流电动机机械特性曲线中在他励直流电动机机械特性曲线中,当磁通当磁通 减少时，曲线斜减少时，曲线斜率增大，电机转矩增加时转速下降快即机械特性变软，曲线与率增大，电机转矩增加时转速下降快即机械特性变软，曲线与纵轴交点抬高即理想空载转速提高。纵轴交点抬高即理想空载转速提高。28他励直流电动机磁通他励直流电动机磁通: 2 1 0；T0 正向电动状态，工作在象限，能量电机正向电动状态，工作在象限，能量电机机械机械

32、 n0；T0 正向制动状态，工作在象限，能量机械正向制动状态，工作在象限，能量机械电机电机 n0；T0 反向电动状态，工作在象限，能量电机反向电动状态，工作在象限，能量电机机械机械 n0 反向制动状态，工作在象限，能量机械反向制动状态，工作在象限，能量机械电机电机 一象限运行：在第一或第三象限运行。一象限运行：在第一或第三象限运行。 两象限运行：在第一、四象限，或第二、三象限内运行。两象限运行：在第一、四象限，或第二、三象限内运行。 四象限运行：能在所有象限工作。四象限运行：能在所有象限工作。P578图图14-4-1 56正向回馈制动（正转、逆变）反向回馈制动（反转、逆变）正向电动（正转、整流

33、）反向电动（反转、整流）nT5714.4.2.1直流电动机的调速方法直流电动机的调速方法 直流电动机的调速原理直流电动机的调速原理 直流电动机的机械特性方程式直流电动机的机械特性方程式 理想空载转速；理想空载转速； 直流电动机的转速；直流电动机的转速； 加在电枢回路上的电压；加在电枢回路上的电压； 电动机电枢电路总电阻；电动机电枢电路总电阻； 负载转矩；负载转矩； 电动机磁通；电动机磁通； 电动势常数；电动势常数； 转矩常数。转矩常数。 改变加在电动机电枢回路电阻改变加在电动机电枢回路电阻 R0、外加电压、外加电压 U 及磁通及磁通中中的任何一个参数，就可以改变电动机的机械特性，从而对电动的任

34、何一个参数，就可以改变电动机的机械特性，从而对电动机进行调速。机进行调速。 TCCRnTCCRCUnTeTee20020TC0ReCUTn0n58 1）改变电枢回路电阻调速）改变电枢回路电阻调速 电枢回路串接电阻：电枢回路串接电阻： 不同附加电阻的机械特性为一组斜率不同的直线组。随串不同附加电阻的机械特性为一组斜率不同的直线组。随串 联电阻加大，联电阻加大， 特性变软。见特性变软。见 P580 图图14-4-3。 吊放重物时，吊放重物时，U 和和 为常数时，附加电阻为常数时，附加电阻 R 增大，电动增大，电动 机转速下降机转速下降 转速为零（堵转）转速为零（堵转） 反转（负载倒拉反转制反转（负

35、载倒拉反转制 动）动）反转减速反转减速 停止停止 反向慢速下放重物。反向慢速下放重物。 属恒转矩调速。在需要降低转速时使用属恒转矩调速。在需要降低转速时使用 。 BRARCCTRCCTnTCCRRnnTeLTeLTe202020059 2）改变电枢电压调速）改变电枢电压调速 改变后的电枢电压；改变后的电枢电压； 改变电压后的理想空载转速改变电压后的理想空载转速; 特性曲线的斜率。特性曲线的斜率。 特性曲线为一组平行斜线，在整个调速范围内均有较大的硬度，特性曲线为一组平行斜线，在整个调速范围内均有较大的硬度，在允许的转速变化率范围内可获得较低的稳定转速。这种调速方在允许的转速变化率范围内可获得较

36、低的稳定转速。这种调速方式的调速范围较宽，一般可达式的调速范围较宽，一般可达1012，如果采用闭环控制系统，如果采用闭环控制系统，调速范围可达几百至几千。见调速范围可达几百至几千。见P581 图图14-4-5。 改变电枢电压调速方式属于恒转矩调速，并在空载或负载转矩改变电枢电压调速方式属于恒转矩调速，并在空载或负载转矩时也能得到稳定转速，通过电压正反向变化，还能使电动机平滑时也能得到稳定转速，通过电压正反向变化，还能使电动机平滑地起动和四个象限工作，实现回馈制动。地起动和四个象限工作，实现回馈制动。 各种可调压电源调速比较见各种可调压电源调速比较见 P581 表表14-4-1。 TKnTCCR

37、CUnmTee02Un0mK603）改变磁通调速）改变磁通调速 改变励磁回路中串联电阻的大小或采用励磁调节器改变励磁电改变励磁回路中串联电阻的大小或采用励磁调节器改变励磁电流和磁通进行调速。理想空载转速（流和磁通进行调速。理想空载转速（UN/Ce）与磁通（）与磁通（）成反）成反比；电动机机械特性的斜率与磁通的二次方成反比。此时，转矩比；电动机机械特性的斜率与磁通的二次方成反比。此时，转矩和电流与转速的关系见和电流与转速的关系见 P582图图14-4-7。 在调速过程中，为使电动机容量得到充分利用，应该使电枢电在调速过程中，为使电动机容量得到充分利用，应该使电枢电流一直保持在额定电流流一直保持在

38、额定电流IN不变，见图不变，见图14-4-7b中垂直虚线。这时，中垂直虚线。这时，磁通与转速成双曲线关系，磁通与转速成双曲线关系， 即即 , (见图见图14-4-7a中的中的虚线）。改变磁通调速适合于带恒功率负截，即为恒功率调速虚线）。改变磁通调速适合于带恒功率负截，即为恒功率调速 。 采用改变励磁进行调速时，在高速下由于电枢电流去磁作用增采用改变励磁进行调速时，在高速下由于电枢电流去磁作用增大，使转速特性变得不稳定，换向性能也会下降。大，使转速特性变得不稳定，换向性能也会下降。 4）三种调速方法的性能比较）三种调速方法的性能比较 直流电动机三种调速方法的性能比较见直流电动机三种调速方法的性能

39、比较见 P583表表14-4-2。ICRCUTCCRCUneeNTeeN2n/1n/T161改变磁通调速改变磁通调速6214.4.2.2 直流传动系统的方案选择直流传动系统的方案选择（1）直流发电机直流电动机调速系统）直流发电机直流电动机调速系统见见P583图图14-4-8。 起动起动直流电动机额定转速（基速），直流电动机额定转速（基速）， 直流发电机输出端调压直流发电机输出端调压直流电动机额定电枢电压。直流电动机额定电枢电压。 直流电动机额定转速直流电动机额定转速直流电动机最高转速（基速以上）直流电动机最高转速（基速以上） 直流发电机输出直流电动机额定电压，直流发电机输出直流电动机额定电压，

40、 直流电动机减少励磁（弱磁）。直流电动机减少励磁（弱磁）。（2）斩波器调速系统）斩波器调速系统 从恒定直流电源产生经过斩波的可变直流电压，通过斩波从恒定直流电源产生经过斩波的可变直流电压，通过斩波 器的组合可形成在不同象限运行的调速系统。单向、可逆、器的组合可形成在不同象限运行的调速系统。单向、可逆、 复合、桥式斩波器。复合、桥式斩波器。 见见P584图图14-4-9、图、图14-4-10。63斩波器调速系统斩波器调速系统64（3）晶闸管变流器的主回路方案选择）晶闸管变流器的主回路方案选择 常用闸管变流器的主回路方案。见常用闸管变流器的主回路方案。见P584 表表14-4-3。 1）晶闸管不可

41、逆系统。）晶闸管不可逆系统。 见见P586 图图14-4-11。 2）使用接触器的可逆系统）使用接触器的可逆系统 a）接触器反接电枢回路。）接触器反接电枢回路。 见见P586 图图14-4-12。 b）靠接触器反接磁场回路。见）靠接触器反接磁场回路。见P586 图图14-4-13。 3）电枢回路晶闸管可逆系统：）电枢回路晶闸管可逆系统： 连接方式：反并联联结连接方式：反并联联结 见见P587 图图14-4-14。 交叉联结交叉联结 见见P587 图图14-4-15。 直接反并联直接反并联 见见P587 图图14-4-16。 直流电动机可逆方式的比较直流电动机可逆方式的比较 见见P588 表表1

42、4-4-4。 （4）晶闸管变流器可逆系统控制方案）晶闸管变流器可逆系统控制方案有有环流、逻辑无环流、有有环流、逻辑无环流、 有准备逻辑无环流、错位选触无环流等控制方式，详见有准备逻辑无环流、错位选触无环流等控制方式，详见 电气传动自动化技术手册电气传动自动化技术手册 (第第2版）版） 第六章。第六章。65反并联可逆线路反并联可逆线路6614.4.2.3 晶闸管变流装置主回路参数计算晶闸管变流装置主回路参数计算 晶闸管变流调速装置主回路设备包括：变流变压器（或交流晶闸管变流调速装置主回路设备包括：变流变压器（或交流 进线电抗器），晶闸管变流器，直流电抗器，交直流侧过电压进线电抗器），晶闸管变流器

43、，直流电抗器，交直流侧过电压 吸收器，过电压保护，快速断路器等。吸收器，过电压保护，快速断路器等。（1）变流器联结及基本电路参数）变流器联结及基本电路参数 常用整流线路有关计算系数及特点：见常用整流线路有关计算系数及特点：见P589 表表14-4-5。（2）变流变压器的计算）变流变压器的计算 1）用变流电压的原始方程，求变流器输出电压平均值）用变流电压的原始方程，求变流器输出电压平均值 Ud 。 2）求变流变压器二次相电压）求变流变压器二次相电压UV 。 3）求变流变压器二次相电流）求变流变压器二次相电流IV和一次相电流和一次相电流IL 。 4）求变压器的一次容量）求变压器的一次容量 S1 ，

44、二次容量，二次容量 S2 和等效容量和等效容量 ST。67（3）交流进线电抗器的选择）交流进线电抗器的选择 变流器所需的交流电压与电网电压相同或多台变流器用一台变流器所需的交流电压与电网电压相同或多台变流器用一台 变流变压器时，需要经过一个交流进线电抗器接到供电变压器变流变压器时，需要经过一个交流进线电抗器接到供电变压器 或电网上。其主要作用：限制晶闸管导通时及短路时短路电流或电网上。其主要作用：限制晶闸管导通时及短路时短路电流 上升率的上升率的 di /dt ， 改善电源电压波形，减少变流器运行对与电改善电源电压波形，减少变流器运行对与电 源的相互干扰。源的相互干扰。 求交流进线电抗器的电感

45、量求交流进线电抗器的电感量 L ：当变流器输出额定电流时，：当变流器输出额定电流时， 电抗器绕组上的电压降不低于供电电源额定相电压的电抗器绕组上的电压降不低于供电电源额定相电压的4。 UV 供电电网相电压有效值，供电电网相电压有效值，V； IdN变流器输出额定电流，变流器输出额定电流，A； f 电网频率，电网频率，1/s。 推荐电抗器设计经验数据见推荐电抗器设计经验数据见P593 表表14-4-9。(mH) 10I816.0f2U04.0L3dNV68（4）直流回路电抗器的选择和计算）直流回路电抗器的选择和计算 在直流回路中附加电抗器的作用：限制电流的脉动；避在直流回路中附加电抗器的作用：限制

46、电流的脉动；避 免在正常工作范围内出现电流断续；将环流限制在一定范免在正常工作范围内出现电流断续；将环流限制在一定范 围内；平衡变流装置并联部分交流电压的相位差，形成多围内；平衡变流装置并联部分交流电压的相位差，形成多 相整流电压；抑制短路电流上升率，以及为了使直流快速相整流电压；抑制短路电流上升率，以及为了使直流快速 断路器与快速熔断器保护协调。断路器与快速熔断器保护协调。 计算：限制直流脉动率；使直流电流连续；限制均衡电计算：限制直流脉动率；使直流电流连续；限制均衡电 流；双桥并联平衡电抗；限制故障电流上升率等的电感值流；双桥并联平衡电抗；限制故障电流上升率等的电感值。 电抗器的的电感值应

47、扣除电动机电枢电感和变压器漏感。电抗器的的电感值应扣除电动机电枢电感和变压器漏感。 根据功能选取其中的最大值作为所选电抗器的电感值。根据功能选取其中的最大值作为所选电抗器的电感值。 详见详见电气传动自动化设计手册电气传动自动化设计手册 (第第2版）版） 第六章。第六章。69例题：例题： 当直流电动机采用恒转矩或恒功率调速时，其转子发热与当直流电动机采用恒转矩或恒功率调速时，其转子发热与下列物理量的关系为：下列物理量的关系为： A与电动机转速和电动机输出转矩的乘积成正比与电动机转速和电动机输出转矩的乘积成正比 B. 与电动机输出功率成正比与电动机输出功率成正比 C. 与电动机电枢电压与电流乘积成

48、正比与电动机电枢电压与电流乘积成正比 D. 与转子电流平方成正比与转子电流平方成正比答案：答案：分析：根据电流流过导体产生热量的原理，转子发热应与转分析：根据电流流过导体产生热量的原理，转子发热应与转子的电流平方成正比。题中子的电流平方成正比。题中A、B、C三项所叙述的内容都是三项所叙述的内容都是把转子发热与电机的功率联系在一起，在恒功率调速等情况把转子发热与电机的功率联系在一起，在恒功率调速等情况下，正比关系是不确切的。下，正比关系是不确切的。7014.4.3 交流电动机的调速交流电动机的调速14.3.3.1 交流电动机调速的原理及分类交流电动机调速的原理及分类 （1）交流电动机调速原理）交

49、流电动机调速原理 交流电动机转速公式为交流电动机转速公式为 : 异步电动机异步电动机 转差率转差率 同步电动机同步电动机 式中：式中：n 电动机转速，电动机转速，r/min； n0 电动机同步转速，电动机同步转速， r/min； p 电动机极对数；电动机极对数； f 1 供电电源频率（供电电源频率（Hz）；）； s 转差率。转差率。交流电动机有三种基本调速方式：交流电动机有三种基本调速方式： 1）改变极对数）改变极对数 p ，变极调速属于此种类型；，变极调速属于此种类型； 2）改变转差率）改变转差率 s ，定子调压调速，转子串电阻调速，串极调，定子调压调速，转子串电阻调速，串极调 速，电磁转差

50、离合器调速，均属此种类型；速，电磁转差离合器调速，均属此种类型； 3）改变供电电源频率）改变供电电源频率 f ，变频变压调速，无换向器电动机调，变频变压调速，无换向器电动机调 速属于此种类型。速属于此种类型。)()(s1pf60s1nn10pf60nn1000nnns71（2）交流电动机调速的方案）交流电动机调速的方案 交流电动机调速方案分类交流电动机调速方案分类 见见P596 表表14-4-10。 常用交流调速方案比较见常用交流调速方案比较见 P596 表表14-4-11（3) 变频调速的原理、特性和分类变频调速的原理、特性和分类 利用电动机的同步转速随频率变化的特征，通过改变电动机利用电动

51、机的同步转速随频率变化的特征，通过改变电动机 的供电频率进行调速的方法。的供电频率进行调速的方法。 交流电动机从基速向下调速时，为了不使磁通增加，交流电动机从基速向下调速时，为了不使磁通增加， 通常采通常采 用用 U / f =常数的控制方式。为了能在低速时输出最大转矩不变，常数的控制方式。为了能在低速时输出最大转矩不变， 应采用应采用E1 / f1=常数的协调控制。一般可常数的协调控制。一般可 在控制回路中加入一个在控制回路中加入一个 函数发生器控制环节，以补偿低函数发生器控制环节，以补偿低 频时定子电阻所引起的电压降，频时定子电阻所引起的电压降， 使电动机在低频时仍能使电动机在低频时仍能

52、近似保持恒磁通。近似保持恒磁通。 交流电动机在基速以上运转时，采取恒功率变频调速。如果要交流电动机在基速以上运转时，采取恒功率变频调速。如果要 求恒功率调速运行，必须使求恒功率调速运行，必须使 常数。常数。 异步电动机在不同频率时的调速特性曲线见异步电动机在不同频率时的调速特性曲线见 P599图图14-4-1921. 11f/U7273 交流变频器的分类：按其结构型式可交交流变频器的分类：按其结构型式可交-直直-交变频器和交交变频器和交-交交变频器两类。变频器两类。 交交-直直-交变频器：先将电网的工频交流电整流成直流电，再交变频器：先将电网的工频交流电整流成直流电，再将此直流电逆变成频率可调

53、的交流电，又称为间接变频器。将此直流电逆变成频率可调的交流电，又称为间接变频器。 交交-交变频器：是将电网的工频交流电直接变成电压和频率交变频器：是将电网的工频交流电直接变成电压和频率都可调的交流电，又称为直接变频器。都可调的交流电，又称为直接变频器。 交交-直直-交变频器与交交变频器与交-交变频器主要特点比较交变频器主要特点比较: 见见P600 表表14-4-12。74 交交-直直-交变频器分为电压型变频器和电流型变频器两大类。交变频器分为电压型变频器和电流型变频器两大类。 电流型变频器电流型变频器：特点是中间直流环节采用大电感作为储能环：特点是中间直流环节采用大电感作为储能环 节，无功功率

54、将由该电感来缓冲。由于电感的作用，直流电节，无功功率将由该电感来缓冲。由于电感的作用，直流电 Id 趋于平稳，电动机的电流波形为方波或阶梯波，电压波形接近趋于平稳，电动机的电流波形为方波或阶梯波，电压波形接近 于正弦波。突出的优点是，当电动机处于再生发电状态时，回于正弦波。突出的优点是，当电动机处于再生发电状态时，回 馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网。馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网。 电压型变频器电压型变频器 ：特点是中间直流环节的储能元件采用大电容：特点是中间直流环节的储能元件采用大电容, 负载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路直负载的无功功率将由它来

55、缓冲。由于大电容的作用，主电路直 流电压流电压Ed比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。直流电比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。直流电 源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压源型变频器或电压源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压源型变频器或电压 型变频器。型变频器。 电压型变频器和电流型变频器主回路电压型变频器和电流型变频器主回路 见见P601 图图14-4-25、26。 主要特点比较主要特点比较 见见P601 表表14-4-13。7514.4.3.2 有级调速有级调速（1）改变交流电动机的磁极对数调速）改变交流电动机的磁极对数调速 改变电动机定子绕组的接线来改变磁极对数而实现的调速。

56、改变电动机定子绕组的接线来改变磁极对数而实现的调速。 改变磁极对数的方法：改变磁极对数的方法： 在定子上设置单一绕组，改变接线组合；在定子上设置单一绕组，改变接线组合； 在定子上设置两套不同极数的独立绕组；在定子上设置两套不同极数的独立绕组； 在定子上设置两套不同极数的独立绕组，而且每个独立在定子上设置两套不同极数的独立绕组，而且每个独立 绕组又有不同的接线组合。绕组又有不同的接线组合。（2） 转子串电阻调速转子串电阻调速 绕线转子异步电动转子回路串接电阻，改变机械特性斜率，绕线转子异步电动转子回路串接电阻，改变机械特性斜率，对电动机进行调速。对电动机进行调速。 电动机的额定转差率电动机的额定

57、转差率sN的表达式为：的表达式为： I2N 电动机转子额定电流，电动机转子额定电流，A； U2N 电动机转子额定电压，电动机转子额定电压，V； r2 电动机转子电阻，电动机转子电阻，。 转子回路串接电阻调速的机械特性转子回路串接电阻调速的机械特性 见见P604 图图14-4-31。 2N2N2NrUI3s7614.4.3.3 交流调速用电力电子装置交流调速用电力电子装置 交流调速用的电力电子装置有交流调压装置和交流变频交流调速用的电力电子装置有交流调压装置和交流变频 装置两大类。装置两大类。 （1）晶闸管交流调压器）晶闸管交流调压器 在恒定交流电源与电动机之间接入晶闸管交流调压器，通在恒定交流

58、电源与电动机之间接入晶闸管交流调压器，通 过改变电动机输入电压来改变电动机的机械特性实现调速。过改变电动机输入电压来改变电动机的机械特性实现调速。 交流调压器的工作原理基于晶闸管移相控制，交流调压器的工作原理基于晶闸管移相控制，常用晶闸管常用晶闸管 交流调压电路有以下几种：交流调压电路有以下几种： 带零线的三相调压电路带零线的三相调压电路 ； 不带零线的三相调压电路；不带零线的三相调压电路； 半控调压电路；半控调压电路； 晶闸管与负载接成内三角形的三相调压电路；晶闸管与负载接成内三角形的三相调压电路； 电机中性点拆开接入晶闸管电机中性点拆开接入晶闸管三角形三角形成星点三角形连接。成星点三角形连

59、接。 77（2）用于调速系统的脉宽调制（）用于调速系统的脉宽调制（PWM）变流器）变流器 脉宽调制变流器是利用电力电子开关器件周期开通和关断，脉宽调制变流器是利用电力电子开关器件周期开通和关断， 通过开通时间与开关周期之比（占空比通过开通时间与开关周期之比（占空比D）来改变输出电压的）来改变输出电压的 变流器。变流器。 1）直流斩波器：输入电源和产生占空比的控制信号都为直流，）直流斩波器：输入电源和产生占空比的控制信号都为直流， 则变流器的输出也为直流。则变流器的输出也为直流。 2）PWM逆变器：直流逆变器：直流交流。交流。 P605 图图14-4-33。 3）PWM整流器：交流整流器：交流直

60、流。直流。 P605 图图14-4-34。 4）三相）三相PWM逆变器和三相逆变器和三相PWM整流器：三个单相逆变器或整流器：三个单相逆变器或 整流器组成。整流器组成。 P606图图14-4-36 5）三相电流型和电压型交直交变频器。）三相电流型和电压型交直交变频器。 P607 图图14-4-3739。7814.4.3.4 定子侧交流调速系统定子侧交流调速系统（1）定子调压调速）定子调压调速 改变异步电改变异步电 动机定子供电电压动机定子供电电压U1的幅值（电压频率不变），的幅值（电压频率不变）， 实现电动机的转速调节。使用晶闸管交流调压器。实现电动机的转速调节。使用晶闸管交流调压器。 对应不