《电机拖动及控制》-第十章

第10章电动机电源

所有的电动机工作所需能源都依靠电源供给。除雷电以外，自然界没有可以直接利用的电源，人们总是通过各种方式将自然界的其他形式的能源转化为电能供给用电设备，包括电动机。因此，电能称为二次能源。现在除在太空和极其偏远的地方外，几乎所有用电设备和装置的电源都直接或间接地来自电力网。所谓电力网，是指各种各样的发电装置，将转换能量得到的电能按标准化的电压、频率输送到公共线路上，这些线路组成大的网络，供给用电设备。由发电、输电、配电、用电四大环节构成的网络称为电力网。上一页下一页返回10.1电力网标准的三相电源

1.电力网的构成按照统一标准将发电机、输电线路、配电线路和用电设备连接起来，组成电力网，在四大环节中，依靠变压器变换电压，将不同电压等级的设备、线路连接在一起。电力网的基本组成如图10-1所示。电力网的主要优点是:(1)提高供电的可靠性、稳定性。(2)减少系统的备用容量。(3)容量大，可以方便地发展和投人大容量机组。(4)合理分配负荷，提高运行的经济性。(5)保证和提高供电质量(电压、频率、波形)。(6)系统增大，覆盖面积大，满足各种用户的需求。下一页返回10.1电力网标准的三相电源

2.电能质量标准

(1)电压偏差。世界各国对电压偏差的规定略有差别，我国标准(GB12325-90)规定:

照明电压在+7%~-10%,10kV及以下士70o;35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10000(2)基波频率:C50±0.5)Hz。(3)电压波动允许值:10kV及以下2.5,35~110kV,2%,220kV及以上1.6%(4)高次谐波电流有效值总和不超过8%。上一页下一页返回10.1电力网标准的三相电源

3.电动机的额定电压单相交流电动机的额定电压为110/220V,j相交流电动机的额定电压为380/220V，高压三相电动机的额定电压为10/6kV，矿用电动机的额定电压为640/380V，移动电器和医疗器械电动机的电压为3V、4.5V,6V,12V,24V,36V。上一页返回10.2直流电源

各种直流电动机所用电源种类如下所述。1.由电力网交流电转换而来通常采用的转化方式有:(1)由交流电动机带动直流发电机组成发电机组，提供直流电。发电机的转速恒定，通过调节励磁电流控制输出电压。

(2)由各种静止整流器(汞弧整流器、硒整流器、硅整流器、晶闸管整流器等)将交流电压转换为直流电压输出。2.用各种材料制成的电池用各种材料制成的电池包括蓄电池、干电池、太阳能电池等，直接进行转换，将化学能、太阳能变为直流电输出。下一页返回10.2直流电源

3.发电机组的组成和特点通常将交流电动机带动直流发电机的组合称为D-F(M-G)机组，两机同轴直接连接运转，不需要调节转速。其主要应用在大功率的直流拖动系统中，如电力机车、轧钢机、回转窑、大型龙门刨床等设备，其特点是:电压稳定且调节方便，波形好，几乎不含交变成分的谐波。但是其体积大、噪声大、电刷等维护工作量大，现已逐渐被晶闸管整流装置所替代。4.半导体静止整流器整流元件有真空管式的汞弧整流器、硒整流器、硅整流器等，其电压调节可采用交流调压器改变输人交流电压来达到。自从晶闸管问世后，广泛采用可控硅整流调压，使整流装置变得简单而方便，成为整流装置的主流。此部分内容在电力电子技术中已作了详细介绍。上一页返回10.3专用电源

异步电动机转速与供电电源的频率成正比，因此，能很方便地得到不同频率的交流电，从而解决异步电动机的调速问题。近年来，随着电力电子技术的发展，各种变频电源不断出现和改进，将高度集成化、数字化的变频电源和异步电动机结合在一起，做成机电一体化的调速电动机，其变频和控制设备作为部件，安装在电动机本体上，称为变频调速电动机。1.变频调速电动机的结构和特点

(1)电压式变频器的优点是，灵敏度高，控制简单，效率高;其缺点是，输出波形不好，不能作回馈制动。

(2)电池式变频器的优点是，静止设备，维修简单，可作回馈制动;其缺点是，输出波形不好。下一页返回10.3专用电源

(3)循环变频器的优点是，线路维修简单，效率高，可作回馈制动、可逆运行;其缺点是，输出波形差。2.电力机车电源电力机车本身不带原动机，靠接收接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点，而且不污染环境，特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多、坡度大的山区铁路。电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直一直流电力机车、交一直流电力机车、交一直交流电力机车三类。上一页下一页返回10.3专用电源

直-直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将二相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为1500V或3000V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。交一直流电力机车，在交流制中，目前世界上大多数国家都采用工频(50Hz)交流制，或25Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25kV工业频率单相交流电，把交流电变成直流电的任务在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，上一页下一页返回10.3专用电源

接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建设投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交一直流电力机车。交一直交流电力机车，采用直流串励电动机的最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电动机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体积也较大。而交流无整流子牵引电动机(即二相异步电动机)在制造、性能、功能、体积、重量、成本及可靠性等方面远比整流子电动机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。改变端电压不能使这种电动机在较大范围内改变速度，而只有改变电流的频率才能达到目的。因此，只有在电子技术和大功率晶闸管上一页下一页返回10.3专用电源

变流装置得到迅速发展的今天，才能生产出采用二相交流电动机的先进电力机车。交一直交流电力机车从接触网上引人的仍然是单相交流电，它首先把单相交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成可以使频率变化的二相交流电供二相异步电动机使用。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途。德国制造的“E120"型电力机车就是这种机车。

1866年，德国工程师西门子与技师哈卢施卡联营创立电动机公司，发明强力发电机，制成世界上第一列电力机车。第二年在巴黎博览会上展出，震惊了许多人。1879年，在柏林的工商业博览会上，这辆世界最早的电力火车公开试运行。列车用电动机牵引，由带电铁轨输送电流，功率为3马力①，一次可运旅客18人，时速7km。两年之后，上一页下一页返回10.3专用电源

即1881年，柏林郊外铺设了规模虽小，但为世界最早营业用的电车路线。同时德国又试验成功驾空接触导线供电系统，使电力机车的供电线路由地面转向空中，机车的电压和功率都大大提高。

1895年，在美国的巴尔的摩一俄亥俄铁路线上首次出现了长途电力机车。此机车重96t,1080马力，采用550V直流供电。

1901年，西门子、哈卢施卡电动机公司制造的电力机车在柏林附近创造了时速160km的纪录。与此同时，在1880年，美国爱迪生也进行了电车的试验。我国第一台电力机车于1958年诞生于湖南株洲，被命名为“韶山”，为我国铁路步人电气化立下了汗马功劳。上一页下一页返回10.3专用电源

电力机车由于速度快、爬坡能力强、牵引力大、不污染空气，因此发展很快。地下铁路也随着电车的出现而得以发展。我国在运主要干线电力机车有:

韶山(SS)1,SS3,SS4((i),SS6SS6B,SS7SS7C/D/E,SS8,SS9((i);

和谐(HXD)1、HXD3,DJ1。显然，对电力机车的供电，要针对不同机型采用不同方式:交流供电或直流供电，一般从牵引变电所送出的交流电压为17.5kV，直流电压为3300V。由于大功率晶闸管变流技术的发展，电气化铁路的供电发展倾向于交流供电。变流和变频在机车内的装置中完成。上一页下一页返回10.3