哈工程机电传动总结 - 图文

电能明显的优点：它适宜大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。以电动机为原动机构成的系统相比其他拖动方法，最主要的优点是：1.启动、调速、制动、反转等都比其他方法容易实现；2.可获得所需的静态特性和动态特性。机电传动系统的主要特点：1.功率范围大；2.调速范围宽；3.适用范围广.生产机械的负载转矩与转速的关系称为生产机械的负载转矩特性均指电动机轴上的负载转矩和电动机轴转速之间的函数关系。大体上可以归纳为恒转矩型机械特性、离心式通风机型机械特性、恒功率型机械特性和直线型机械特性等几种典型的机械特性。恒转矩负载又分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。机电传动系统稳定运行有两方面的含义：一是指系统能以一定的速度匀速运行，即电动机和生产机械的特性曲线有交点，该交点称为平衡点；二是系统在受外部干扰(如电压波动、负载波动等)的作用后，会离开平衡点，但在新的条件下可达到新的平衡(到达一个新的平衡点)，干扰消除后系统能回到原来的平衡点匀速运行。机电传动系统稳定运行的必要充分条件是：(1)电动机的机械特性曲线与负载的机械特性曲线有交点，即系统存在平衡点；(2)当转速大于平衡点所对应的转速时，TMTL，即TM-TL>0，转速向平衡点处上升。总之就是干扰产生后，系统偏离平衡点，干扰消除后，系统回到平衡点。直流电动机的最大优点是调速性能好，可以在宽广的范围内实现无级调速；另外，它的启动转矩大，过载能力强。主要缺点是结构复杂，使用有色金属多，生产工艺复杂，价格昂贵，运行可靠性差。直流电动机的结构：直流电动机由定子和转子两大部分组成，并且在定子和转子之间有空气隙。定子的作用是产生主磁场和支撑电机，它主要由主磁极、机座、电刷装置、端盖和轴承等组成。转子主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等组成。1.电枢铁心的作用是通过磁通以减小磁路的磁阻和嵌放电枢绕组。2.电枢绕组的作用是感应电动势并通过电流，使电机实现能量的转换。3.换向器的作用是将电刷间的直流电势和电流转换为电枢绕组的交变电流。4.转轴的作用是用来传递转矩。按照励磁方式（即获得磁通的方式）和连接方式的不同，直流电动机可分为并励式、串励式、复励式（积复励式和差复励式）、他励式和永磁式等。按照使用场合的不同可选择各种不同类型的电动机，在伺服控制中通常采用永磁式直流电动机，而在动力控制中，常使用他励式的直流电动机。直流他励电动机的机械特性：所谓机械特性是指电动机的电磁转矩与转速之间的关系，即n＝f（T）。机械特性中的转矩T是电动机的电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩TM不相同，二者之间相差一个空载转dT?T矩T0。????100%为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念，记作，其定义为：dn?n即转矩变化dT与所引起的转速变化dn的比值。根据?值的不同，可将电动机机械特性分为三类。(1)绝对硬特性(?→∞)，如交流同步电动机的机械特性；(2)硬特性(?＞10)，如直流他励电动机的机械持性，交流异步电动机机械特性的上半部；(3)软特性(?＜10），如直流串励电动机和直流积复励电动机的机械特性。直流他励电动机的启动特性：(1)启动过程中启动转矩Tst足够大，使Tst＞TL，保证电动机能够启动，且启动过程时间较短，以提高生产效率；（2）启动电流的起始值Ist不能太大，否则会使换向困难，产生强烈火花，损坏电机，还会产生转矩冲击，影响传动机构等；（3）启动设备与控制装置简单、可靠、经济性好，操作方便。Tst?Kt?Ist启动时，磁通应最大。降压启动：将调压器的输出电压调为较小值，保证电动机堵转电流在允许范围内，一般为额定值的2～2.5倍。随着电动机转速提升，平滑地增加调压器的输出电压，使电枢电流始终在最大值上，电动机将以最大加速度启动。由于调压器输出电压可连续调节，故该启动方法可恒加速启动，使启动过程处于最优运行状态。直流他励电动机的调速特性：一种是电动机的转速不变，通过改变机械传动机构(如齿轮、皮带轮等)的速比实现调速，这种方法称为机械调速。其特点是传动机构比较复杂，调速时一般需要停机，且多为有级调速。另一种是通过改变电动机的参数调节电动机的转速，从而调节生产机械转速的方法，称为电气调速。其特点是传动机构比较简单，调速时不用停机，可以实现无级调速，且易于实现电气控制自动化。电气调速是指在负载转矩不变的条件下，通过人为的方法改变电动机的有关参数，从而调节电动机和整个拖动系统的转速。必须指出，调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。直流他励电动机的调速方法有三种：(1)电枢回路串电阻调速；(2)降压调速；(3)弱磁调速。调速的经济指标：一是调速设备初期投资的大小，二是运行过程中能量损耗的多少，三是维护费用的高低。三者总和较小者经济指标较好。电枢回路串电阻调速特点：1.如机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；2.在空载或轻载时，调速范围不大；3.实现无级调速困难；4.在调速电阻上消耗大量电能等。电枢回路串电阻调速只能使转速由额定值往下调(nmax=nN)，且转速降低时，特性变软，转速稳定性变差，转速降增大，静差率明显增大。这种调速方法一般只适用于容量不大，低速运行时间不长，对于调速性能要求不高的场合。调压调速的特点是：可以实现无级调速；(2)调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；(3)无论轻载还是重载，调速范围相同，一般可达D＝2.5～12；(4)调速时，因电枢电流与电压U无关，且???N，故电动机转矩不变，属于恒转矩调速，适合于恒转矩型负载进行调速；(5)电能损耗较小；(6)需要一套调压电源设备。弱磁调速优点：由于是在电流较小的励磁回路中进行调节(一般直流电机的励磁功率只有额定功率的1%～5%)，因而控制方便，能量损耗小，调速平滑。缺点：(1)机械特性斜率加大，特性变软。(2)调速范围较小。普通直流电动机最高只能调到额定转速的1.2～2倍，特殊设计的调磁电机，也不过能调到nN的3～4倍。因此，常常把调压和弱磁两种方法结合起来使用，以扩大调速范围。直流他励电动机的制动特性：制动则是从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运行状态。利用拉闸断电源停车的方法为自然停车。利用机械摩擦获得制动转矩的方法称为机械制动，例如常见的抱闸装置。设法使电动机的电磁转矩与旋转方向相反，成为制动转矩的方法称为电气制动。制动运行状态的特征是电动机的电磁转矩与转速n方向相反。此时，运行点应位于机械特性坐标平面的第二和第四象限。制动运行的作用是使电气传动系统快速减速或停车或匀速下放重物。根据实现制动的方法和制动时电机内部能量传递关系的不同，制动方法分为三种，即能耗制动、反接制动和反馈制动。能耗制动时的机械特性是通过坐标原点、位于第二象限和第四象限的直线。直流他励电动机能耗制动时，其最终的运动状态与所拖动的负载性质有关。制动电阻越小，机械特性越平，制动转矩的绝对值越大，制动越迅速。但制动电阻也不能太小，否则制动时的电枢电流和电磁转矩将超过允许值，从而对拖动系统的运行带来不利影响。能耗制动广泛用于要求平稳、准确停车的场合；也可应用于起重机一类带位能性负载的机械，以限制重物下放的速度。把改变电枢电压U的方向所产生的反接制动称为电源反接制动，而把改变电枢电势E的方向所产生的反接制动称为电势反接制动(或倒拉反接制动)。反接制动特性曲线在第二象限。当n下降到零时，反接制动过程结束。电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速、停车和反向的场合以及要求经常正反转的机械上。反馈制动无需改变电动机的任何参数，它是在外部条件的作用下使电动机的实际运行转速大于其理想空载转速，电动机的电磁转矩与转速的方向相反，且电动机向电源反馈电能。这种状态称为反馈制动、再生制动或发电制动。反馈制动状态下的机械特性是第一象限中电动状态下的机械特性在第二象限内的延伸。反馈制动状态下附加电阻越大，电动机转速越高。三相异步电动机：按转子结构分为笼式（鼠笼式）和绕线式异步电动机两大类；若按机壳的防护形式分类，笼式可分为防护式、封闭式、开启式。定子由铁芯、绕组与机座三部分组成。转子由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。气隙：气隙愈大则为建立磁场所需励磁电流就大，从而降低电动机的功率因数。气隙愈小则定子和转子之间的相互感应（即耦合）作用就愈好，因此应尽量让气隙小些。但不能过小，否则会是加工和装配困难，运转时定转子之间易发生摩擦或碰撞。三相异步电动机的工作原理：基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。定子绕组接上三相电源后产生旋转磁场，它在转子绕组中感应出电流，两者相互作用产生电磁转矩使转子转动。旋转磁场：当空间相隔120的三相绕组通以相位彼此相差120的三相对称电流时，它们产生的合成磁场在空间不断旋转。定子三相绕组的连接方式(Y形或△形)的选择，和普通三相负载一样，须视电源的线电压而定。如果电动机所接入之电源的线电压等于电动机的额定相电压(即每相绕组的额定电压)，那么，它的绕组应该接成三角形；如果电源的线电压是电动机额定相电压的3倍，那么，它的绕组就应该接成星形。通常电动机的铭牌上标有符号Y/△和数字380/220，前者表示定子绕组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。??

相异步电动机的额定值：1.额定功率PN：指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位为kW。2.额定电压UN：指额定运行时加在定子绕组上的线电压，单位为V。3.额定电流IN：指电动机定子绕组加额定频率的额定电压，轴上输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。4.额定频率fN：我国规定标准工业用电的频率为50Hz。5.额定转速nN：指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴上输出额定功率时转子的转速，单位为r/min。6.额定功率因数cos?N：指电动机在额定运行时定子边的功率因数。三相异步电动机：PN?

3UNINcos?N?N?10?3，其中?N为电动机的额定效率。此外，铭牌上还标明了绝缘等级、温升、工作方式与绕组接法等。对绕线式异步电动机还标明了转子绕组接法、转子绕组额定电压(指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时滑环间的电压)和转子额定电流等技术数据。额定数据是选择、使用电机的重要依据。三相异步电动机的机械特性：三相异步电动机的机械特性是T＝f(n)。可以用T＝f(S)来描述异步电动机的机械特性。电磁转矩的表达式，均可以作为三相异步电动机的机械特性表达式，实际工程应用中较多采用实用表达式。三相异步电动机的机械特性同样可分为固有机械特性和人为机械特性。固有机械特性是指在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定、转子电路不串联电阻(电抗或电容)时电动机的电磁转矩和转速(或转差率)之间的关系，也称自然机械特性。异步电动机的启动性能有如下要求：(1)启动转矩足够大，以保证生产机械的正常启动，缩短启动时间；(2)启动电流要小，以减小对电动机和电网的冲击；(3)启动设备简单，控制方便；(4)启动平滑，以减小对生产机械的冲击；(5)启动过程中能量损耗小。三相笼型异步电动机有直接启动和降压启动两种方法。直接启动是三相笼型异步电动机最简单的启动方法，适用于电动机容量不大，又是在空载情况下启动的异步电动机启动。主要取决于供电电网的容量。一般情况下，异步电动机的功率小于7.5kW时允许直接启动。降压启动是指电动机在启动时降低加在定子绕组上的电压，启动结束时加额定电压运行的启动方式。此法一般适用于电动机空载或轻载启动。定子串电阻或电抗降压启动这种启动方法的缺点是：1.只适用于空载或轻载启动的场合；2.串电阻启动时，能耗较大，如采用电抗器代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积庞大。Y-△(星－三角)降压启动优点是启动电流小、启动设备简单、价格便宜、运行可靠，缺点是启动转矩小。自耦变压器降压启动适用于较大负载的启动，尤其适用于大容量、低电压电动机的降压启动中。且自耦变压器二次绕组一般有三个抽头，可以根据需要选用。但设备体积大、价格高、质量大、维修麻烦。三相异步电动机的制动特性电动运行状态的特点是电磁转矩与转速方向相同。机械特性位于一、三象限。

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