1、12010年年注冊電氣工程師執業資格考試注冊電氣工程師執業資格考試供配電專業考試復習輔導供配電專業考試復習輔導第十四章第十四章 電氣傳動電氣傳動2 14.1 熟悉熟悉電氣傳動系統的組成及分類電氣傳動系統的組成及分類 14.2 了解了解電動機的選擇的技術要求電動機的選擇的技術要求 14.3 掌握掌握交、直流電動機的起動方式及起動校驗交、直流電動機的起動方式及起動校驗 14.4 掌握掌握交、直流電動機調速技術交、直流電動機調速技術 14.5 掌握掌握交、直流電動機的電氣制動方式及計算方法交、直流電動機的電氣制動方式及計算方法 14.6 掌握掌握電動機保護配置及計算方法電動機保護配置及計算方法 14

2、.7 熟悉熟悉低壓電動機控制電器的選擇低壓電動機控制電器的選擇 14.8 了解了解電動機調速系統性能指標電動機調速系統性能指標 14.9 熟悉熟悉PLC的應用的應用3 14.1 電氣傳動系統的組成及分類（熟悉）電氣傳動系統的組成及分類（熟悉） 主要參考資料：主要參考資料： 電氣傳動自動化技術手冊電氣傳動自動化技術手冊(第第2版）版） 電氣傳動系統的主要組成：電動機、電源裝置和控制裝置。電氣傳動系統的主要組成：電動機、電源裝置和控制裝置。 14.1.1電源裝置電源裝置（1）母線供電裝置）母線供電裝置: 1）交流母線；）交流母線；2）直流母線。）直流母線。（2）機組變流裝置）機組變流裝置: 1）直

3、流發電機組；）直流發電機組；2）變頻機組。）變頻機組。（3）電力電子變流裝置）電力電子變流裝置 1）按變流種類分）按變流種類分: 整流裝置；交流調壓裝置；變頻裝置整流裝置；交流調壓裝置；變頻裝置 2）按使用器件分）按使用器件分 a) 汞弧整流裝置（水銀整流器），目前已很少用。汞弧整流裝置（水銀整流器），目前已很少用。 b)普通晶閘管整流裝置普通晶閘管整流裝置 c)新型自關斷器件裝置：新型自關斷器件裝置： 門極關斷晶閘管（門極關斷晶閘管（GTO)； 絕緣柵雙極型晶體管（絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)； 集成門極換向晶體管（集成門極換向晶體管（IGCT)；注入增強柵晶體管（；注入增強柵晶體管（IE

4、CT)； 等等。等等。414.1.2 控制系統控制系統14.1.2.1 按所用的器件分類：按所用的器件分類： （1）電器控制：繼電器接觸器控制。）電器控制：繼電器接觸器控制。 （2）電機放大機和磁放大器控制：與機組供電配合使用。）電機放大機和磁放大器控制：與機組供電配合使用。 （3）電子控制裝置：電子管控制裝置、半導體控制裝置。）電子控制裝置：電子管控制裝置、半導體控制裝置。14.1.2.2 按工作原理分類：按工作原理分類： （1）邏輯控制：設備正反轉；邏輯聯鎖控制；有級調速，控制）邏輯控制：設備正反轉；邏輯聯鎖控制；有級調速，控制 信號來自主令或信號來自主令或 PLC。 （2）連續速度調節：

5、）連續速度調節： 連續改變電機轉速，有開環、閉環、復合控制；連續改變電機轉速，有開環、閉環、復合控制； 控制信號的處理方法有模擬、數字及模擬控制信號的處理方法有模擬、數字及模擬/數字混合控制。數字混合控制。 514.1.3 電動機電動機 14.1.3.1 電動機的類型電動機的類型 他勵電動機他勵電動機 勵磁直流電動機勵磁直流電動機 串勵電動機串勵電動機 直流電動機直流電動機 復勵電動機復勵電動機 永磁直流電動機（小功率）永磁直流電動機（小功率） 鼠籠型電動機鼠籠型電動機 異步電動機異步電動機 繞線型電動機繞線型電動機 交流電動機交流電動機 勵磁式勵磁式 普通同步電動機普通同步電動機 永磁式永磁

6、式 同步電動機同步電動機 無換向器電動機無換向器電動機 磁阻電動機磁阻電動機 614.1.3.2 電動機的自然機械特性電動機的自然機械特性 (1) 電動機的自然機械特性電動機的自然機械特性 見見 P539 圖圖14-1-1 (2) 電動機的機械特性電動機的機械特性,計算公式及主要性能計算公式及主要性能 見見 P539P542 表表14-1-114.1.3.3 生產機械的負載類型生產機械的負載類型（1）恒轉矩負載（恒阻轉矩負載、恒位勢轉矩）：）恒轉矩負載（恒阻轉矩負載、恒位勢轉矩）： 負載轉矩與轉速無關，在任何轉速下，負載轉矩總保持恒負載轉矩與轉速無關，在任何轉速下，負載轉矩總保持恒 定或大致恒

7、定，這類負載轉矩稱為恒轉矩負載。如：軋鋼機定或大致恒定，這類負載轉矩稱為恒轉矩負載。如：軋鋼機 、運輸機、電梯、卷揚機等。、運輸機、電梯、卷揚機等。 （2）恒功率負載）恒功率負載: 負載轉矩與轉速成反比，功率基本恒定。如：機床切削、負載轉矩與轉速成反比，功率基本恒定。如：機床切削、 開卷機恒張力軋制等、開卷機恒張力軋制等、 （3）風機、泵類負載：）風機、泵類負載： 在一定范圍內介質的阻力大致與轉速的平方成正比。在一定范圍內介質的阻力大致與轉速的平方成正比。7814.1.3.4 電動機的工作制電動機的工作制（1 1）生產機械的工作制）生產機械的工作制 1 1）長期工作制：機械長期運行，平穩負載、

8、波動或重復短時負）長期工作制：機械長期運行，平穩負載、波動或重復短時負 載、短時負載。載、短時負載。 2 2）短期和重復短期工作制：有起停加減速，短期、重復短期。）短期和重復短期工作制：有起停加減速，短期、重復短期。（2 2）電動機的工作制電動機的工作制 電機工作制是對電機承受負載情況的說明，包括起動、電制電機工作制是對電機承受負載情況的說明，包括起動、電制 動、空載、斷能停轉以及這些階段的持續時間和先后順序。動、空載、斷能停轉以及這些階段的持續時間和先后順序。 電動機的工作制類型：電動機的工作制類型： 對應于生產機械的各種工作制，通常將傳動電動機的工作類對應于生產機械的各種工作制，通常將傳動

9、電動機的工作類 型分為型分為10類：見類：見P544 表表14-1-2。 S1 連續工作制：連續工作制： 在恒定負載下連續運行至熱穩定狀態。在恒定負載下連續運行至熱穩定狀態。 S2 短時工作制：在恒定負載下按給定時間運行，未達到熱穩定狀短時工作制：在恒定負載下按給定時間運行，未達到熱穩定狀 態即停機和斷能一段時間，使電機再度冷卻到與冷卻介質溫度態即停機和斷能一段時間，使電機再度冷卻到與冷卻介質溫度 在在2K以內。以內。.9S3 斷續周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，工作周期由斷續周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，工作周期由 恒定運行時間和停機時間組成。恒定運行時間和停機時間組成。S

10、4 包括啟動的斷續周期工作制：按相同的工作周期運行，工作周包括啟動的斷續周期工作制：按相同的工作周期運行，工作周 期由起動、恒定負載運行和停機組成。期由起動、恒定負載運行和停機組成。S5 包括電制動的斷續周期工作制：按相同的工作周期運行，工作包括電制動的斷續周期工作制：按相同的工作周期運行，工作 周期由起動、恒定負載運行、快速電制動和停機組成。周期由起動、恒定負載運行、快速電制動和停機組成。S6 連續周期工作制：按相同的工作周期運行，每一個工作周期由連續周期工作制：按相同的工作周期運行，每一個工作周期由 恒定負載運行和空載運行組成。恒定負載運行和空載運行組成。S7 包括電制動的連續周期工作制：

11、按相同的工作周期運行，工作包括電制動的連續周期工作制：按相同的工作周期運行，工作 周期由起動、恒定負載運行、電制動組成。周期由起動、恒定負載運行、電制動組成。S8 包括負載與轉速相應變化的連續周期工作制。包括負載與轉速相應變化的連續周期工作制。S9 負載和轉速作非周期變化的工作制。負載和轉速作非周期變化的工作制。S10 離散恒定負載（離散恒定負載（4種）工作制。種）工作制。t10 短時額定時限一般為短時額定時限一般為10、30、60或或90min。 對于對于S3、S6每一工作周期的時間每一工作周期的時間 10min。 對于對于S2、S4、S5、S6、S8 等等 5 種工作制：種工作制： 負載持

12、續率均為負載持續率均為15、25、40、60。 對于對于S4、S5、S7、S8 等等 4 工作制（起、制動）：工作制（起、制動）： 每小時的等效起動次數一般為每小時的等效起動次數一般為150、300、600次次1114.2 電動機的選擇電動機的選擇（了解）（了解） 主要參考資料：主要參考資料： 鋼鐵企業電力設計手冊鋼鐵企業電力設計手冊 電氣傳動自動化技術手冊電氣傳動自動化技術手冊 (第第2版）版） 通用用電設備配電設計規范通用用電設備配電設計規范GB5005514.2.1 電動機選擇的基本要求電動機選擇的基本要求 電動機的工作制、額定功率、堵轉轉矩、最小轉矩、最大電動機的工作制、額定功率、堵轉

13、轉矩、最小轉矩、最大 轉矩、轉速及其調節范圍等全部電氣和機械參數，應滿足電動轉矩、轉速及其調節范圍等全部電氣和機械參數，應滿足電動 機所拖動機械在各種運行方式的要求。機所拖動機械在各種運行方式的要求。 電動機的類型、防護型式、額定功率、轉速、電壓、電動機的類型、防護型式、額定功率、轉速、電壓、絕緣絕緣 等級、海拔高度、安裝形式等級、海拔高度、安裝形式的要求應符合負載工藝、電網條件、的要求應符合負載工藝、電網條件、 工作環境的要求。工作環境的要求。1214.2.2 電動機的類型選擇電動機的類型選擇 應符合下列規定：應符合下列規定： （1）機械對起動、調速無特殊要求時，應采用籠型電動機。）機械對起

14、動、調速無特殊要求時，應采用籠型電動機。 功率較大且連續工作時宜采用同步電動機。功率較大且連續工作時宜采用同步電動機。（2）采用繞線型轉子電動機：）采用繞線型轉子電動機：l 重載起動的機械。重載起動的機械。l 調速范圍不大的機械，低速運行時間較短。調速范圍不大的機械，低速運行時間較短。（3）機械對起動、調速及制動有特殊要求時，電動機的類型及）機械對起動、調速及制動有特殊要求時，電動機的類型及 調速方式應根據技術經濟比較確定。優先考慮交流電動機調速方式應根據技術經濟比較確定。優先考慮交流電動機 及相應的調速方法。如考慮有特殊要求，交流電動機不能及相應的調速方法。如考慮有特殊要求，交流電動機不能

15、滿足要求時，宜考慮直流電動機。滿足要求時，宜考慮直流電動機。（4）選擇調速裝置時應選用相應類型的電動機，如變頻電機。）選擇調速裝置時應選用相應類型的電動機，如變頻電機。 1314.2.3 電動機轉速的選擇電動機轉速的選擇（1）不需要調速的高、中速機械選擇相同轉速的電機直接連接。）不需要調速的高、中速機械選擇相同轉速的電機直接連接。（2）不需要調速的低速機械選擇電機通過減速機傳動。）不需要調速的低速機械選擇電機通過減速機傳動。（3）需要調速的機械，電動機的轉速與機械的最高轉速相適應并）需要調速的機械，電動機的轉速與機械的最高轉速相適應并 留有留有1015向上調整的裕量。合理選擇減速機傳動比和向上

16、調整的裕量。合理選擇減速機傳動比和 電動機的基速。電動機的基速。（4）反復短時工作的機械，電動機除了滿足最高轉速外還要考慮）反復短時工作的機械，電動機除了滿足最高轉速外還要考慮 實現最大的加、減速的傳動比，提高生產率。實現最大的加、減速的傳動比，提高生產率。1414.2.4 電動機電壓的選擇電動機電壓的選擇 根據額定功率和所在系統配電電壓選定。根據額定功率和所在系統配電電壓選定。 （1） 交流供電電壓：交流供電電壓：10kV，6kV，380V。 （2） 交流電動機額定電壓選擇，根據供電電壓、電動機容量及交流電動機額定電壓選擇，根據供電電壓、電動機容量及 技術經濟比較確定。技術經濟比較確定。 大

17、容量電動機優先選用大容量電動機優先選用10kV。 200300kW交流電動機根據電網能力、建設和維護投資及交流電動機根據電網能力、建設和維護投資及 能耗綜合考慮。能耗綜合考慮。 （3）直流電動機電壓應與電動機容量及電力電子器件能力匹配。）直流電動機電壓應與電動機容量及電力電子器件能力匹配。 1514.2.5 電動機結構防護形式與冷卻方式的選擇電動機結構防護形式與冷卻方式的選擇（1)電動機結構防護形式電動機結構防護形式 GB/T4942.1-2006 防護標志表示形式：防護標志表示形式： I P 見見P550 防護標志由字母防護標志由字母I P和兩個表示防護等級的表征數字組成。和兩個表示防護等級

18、的表征數字組成。 第一位表示外殼對人和殼內部件提供的防護等級，見第一位表示外殼對人和殼內部件提供的防護等級，見 表表14-2-1 。 第二位表示由于外殼進水而引起有害影響的防護等級第二位表示由于外殼進水而引起有害影響的防護等級 見表見表14-2-2 。 （2）電動機的冷卻方式）電動機的冷卻方式 GB/T 1993-1993 完整標記：完整標記：IC 8 A 1 W 7 簡化標記：簡化標記：IC 8 1 W 標志字母（標志字母（IC） 見見P552 冷卻介質的特征字母（冷卻介質的特征字母（A、W）：見表）：見表14-2-3。 冷卻回路布置的特征數字（冷卻回路布置的特征數字（8）：見表）：見表14

19、-2-4 。 冷卻介質的推動方法（冷卻介質的推動方法（1、7）：見表）：見表14-2-5 。（3）電動機的結構防護形式及冷卻方式應）電動機的結構防護形式及冷卻方式應符合安裝場所的環境條符合安裝場所的環境條 件件。見表。見表14-2-6。 16 14.2.6 電動機絕緣等級的選擇電動機絕緣等級的選擇 環境溫度環境溫度40以下：以下：A級，級，E級。級。 環境溫度環境溫度40以上：以上：B級，級，F級。級。 絕緣材料的允許溫升絕緣材料的允許溫升: 見見P555表表14-2-71714.2.7 電動機的額定功率選擇電動機的額定功率選擇一般規定：一般規定：（1）連續工作負載平穩的機械采用連續定額的電動

20、機，額定功）連續工作負載平穩的機械采用連續定額的電動機，額定功 率按機械的軸功率選擇。重載起動按起動條件校驗額定功率按機械的軸功率選擇。重載起動按起動條件校驗額定功 率。率。（2）短時工作的機械應采用短時定額的電動機，額定功率按機）短時工作的機械應采用短時定額的電動機，額定功率按機 械的軸功率選擇。械的軸功率選擇。（3）斷續周期工作制的機械應采用相應周期工作定額的電動機）斷續周期工作制的機械應采用相應周期工作定額的電動機 ，其額定功率宜根據制造廠提供的不同負載持續率和不同，其額定功率宜根據制造廠提供的不同負載持續率和不同 起動次數下的允許輸出功率選擇。起動次數下的允許輸出功率選擇。（4）連續工

21、作負載周期變化的機械應采用相應周期工作定額的）連續工作負載周期變化的機械應采用相應周期工作定額的 電動機，其額定功率宜根據機械提供的數據選擇或按等效電動機，其額定功率宜根據機械提供的數據選擇或按等效 電流法或等效轉矩法選擇，應按運行過載轉矩校驗。電流法或等效轉矩法選擇，應按運行過載轉矩校驗。（5）根據機械的類型和重要性計入適當的儲備系數。）根據機械的類型和重要性計入適當的儲備系數。（6）根據環境條件進行必要的修正。）根據環境條件進行必要的修正。 18電動機容量計算常用公式電動機容量計算常用公式見見P556表表14-2-9。幾種常用機械傳動中所用電動機的功率計算：幾種常用機械傳動中所用電動機的功

22、率計算：（1）離心風機）離心風機 ： 電動機的功率，電動機的功率，kW； 送風量，送風量，m3/s； 空氣壓力，空氣壓力，Pa； 風機效率，風機效率，0.40.75； 傳動效率；傳動效率； 裕量系數。裕量系數。（2）離心式水泵）離心式水泵 ： 電動機的功率，電動機的功率，kW； 液體的密度，液體的密度，kg/m3； 泵的出水量，泵的出水量，m3/s； 水頭，水頭，m； 主管損失水頭，主管損失水頭，m； 水泵效率，水泵效率，0.60.84 傳動效率；傳動效率； 裕量系數。裕量系數。310ckQHPcHHQkP102)(cHQkPHHckQP19（3）離心式壓縮機）離心式壓縮機 ： 電動機功率，電

23、動機功率，kW； 壓縮機生產率，壓縮機生產率，m3/s； 壓縮壓縮1m3空氣至絕對壓力空氣至絕對壓力p1的等溫功，的等溫功，Nm； 壓縮壓縮1m3空氣至絕對壓力空氣至絕對壓力p1的絕熱功，的絕熱功，Nm； 壓縮機總效率。壓縮機總效率。（4）起重機）起重機 ： 起升機構電動機功率，起升機構電動機功率，kW； 運動線速度，運動線速度，m/s； 機械傳動效率；機械傳動效率； 運動時的阻力，起升重量，運動時的阻力，起升重量，N。3102)AA(QPrd310FvPrAdAQPvFP2014.2.8 電動機容量校驗電動機容量校驗 電動機的功率計算一般由機械專業預選，然后進行下列校驗：電動機的功率計算一般

24、由機械專業預選，然后進行下列校驗：（1）發熱校驗：根據生產機械的工作制和負載圖按等效電流法或）發熱校驗：根據生產機械的工作制和負載圖按等效電流法或 平均損耗法計算。留有適當余量（平均損耗法計算。留有適當余量（10左右）。左右）。（2）起動校驗：電壓降，起動轉矩。）起動校驗：電壓降，起動轉矩。（3）過載能力校驗：電動機最大過載轉矩應大于負載峰值轉矩。）過載能力校驗：電動機最大過載轉矩應大于負載峰值轉矩。（4）電動機）電動機GD2校驗：起動時間，速度降，響應時間。校驗：起動時間，速度降，響應時間。21 各種工作制電動機容量校驗各種工作制電動機容量校驗（1）負荷平穩的連續工作制（）負荷平穩的連續工作

25、制（S1) 1) 按軸功率確定額定功率：按軸功率確定額定功率： 額定功率，額定功率，kW； 折算到電動機軸上的負荷功率，折算到電動機軸上的負荷功率，kW； 折算到電動機軸上的負荷轉矩，折算到電動機軸上的負荷轉矩，Nm; 電動機的額定轉速，電動機的額定轉速，r/min。 直流電動機負載轉矩恒定，基速以上調速時：直流電動機負載轉矩恒定，基速以上調速時： 電動機的最高工作轉速，電動機的最高工作轉速，r/min。 9550NLLNnTPP9550maxnTPLNNnLTLPNPmaxn222）校驗最小起動轉矩和最大飛輪轉矩時功率。）校驗最小起動轉矩和最大飛輪轉矩時功率。 電動機的最小起動轉矩：電動機的

26、最小起動轉矩： 最小起動轉矩，最小起動轉矩，Nm； 起動過程中可能出現的最大負荷轉矩，起動過程中可能出現的最大負荷轉矩， Nm； 保證起動時有足夠轉矩的系數，保證起動時有足夠轉矩的系數，1.151.25； 電壓波動系數，起動時電動機端電壓電壓波動系數，起動時電動機端電壓/電動機額定電壓。電動機額定電壓。 電動機允許的最大飛輪轉矩電動機允許的最大飛輪轉矩 ： 折算到電動機軸上的傳動機械的最大飛輪矩，折算到電動機軸上的傳動機械的最大飛輪矩，Nm2； 折算到電動機軸上的整個傳動系統允許的最大飛輪矩折算到電動機軸上的整個傳動系統允許的最大飛輪矩 ， Nm2； 電動機轉子飛輪矩，電動機轉子飛輪矩， Nm

27、2； 電動機的平均起動轉矩，電動機的平均起動轉矩， Nm。22max2022)1 (MusavLxmmesGDKTTGDGDGD2maxminuSLMKKTTuKSKmaxLTminMT2MGD20GD2xmGD2mesGDsavT23（2）短時工作制）短時工作制 校驗電動機的校驗電動機的過載能力：過載能力： 電動機額定功率，電動機額定功率，kW； 短時負荷功率最大值，短時負荷功率最大值，kW； 電動機的過載倍數。電動機的過載倍數。 75.0maxLNPPmaxLPNP24（3) 變動負載連續工作制變動負載連續工作制 校驗發熱校驗發熱：變動負載連續工作制采用等效電流法和等效轉矩法校：變動負載連

28、續工作制采用等效電流法和等效轉矩法校 驗電動機發熱。驗電動機發熱。用階梯曲線代替電流、轉矩曲線計算等效電流用階梯曲線代替電流、轉矩曲線計算等效電流 或等效轉矩或等效轉矩 。 各分段時間內的電流值，各分段時間內的電流值，A； 各分段時間內的轉矩值，各分段時間內的轉矩值， N.m 。 一個周期的總時間，一個周期的總時間，s； 電動機的額定電流，電動機的額定電流，A； 電動機的額定轉矩，電動機的額定轉矩， N.m。 cnnrmaNTtItItIII2222121 NTrmaIrmaTcTNInII 1nCtttT21cnnrmaNTtTtTtTTT2222121 nTT 125 選取電動機的額定值后

29、，選取電動機的額定值后，校驗電動機的過載能力校驗電動機的過載能力： 電動機額定轉矩，電動機額定轉矩， N.m ； 最大負載轉矩，最大負載轉矩， N.m ； 電網電壓波動對電動機轉矩影響的系數，電網電壓波動對電動機轉矩影響的系數， 同步機同步機0.85，異步機，異步機0.72，直流電機，直流電機1.0。 電動機的過載倍數。電動機的過載倍數。 uLNKTT9.0maxmaxLTNTuK26 電動機容量的修正電動機容量的修正 環境溫度變化時電動機的可用功率環境溫度變化時電動機的可用功率 修正為：修正為： 額定環境溫度下電動機額定功率，額定環境溫度下電動機額定功率，kW； 環境溫度改變時的修正系數；環

30、境溫度改變時的修正系數； 環境溫度改變值，環境溫度改變值，； 額定環境溫度額定環境溫度 時的電機額定溫升，時的電機額定溫升，； 電動機的額定損耗和額定可變損耗之比，查表；電動機的額定損耗和額定可變損耗之比，查表； NXPP )1(1NXXNPPN27例題例題 他勵直流電動機磁通減小時對其機械特性的影響，以下哪種他勵直流電動機磁通減小時對其機械特性的影響，以下哪種說法正確？說法正確？ A. 理想空載轉速降低，機械特性變硬理想空載轉速降低，機械特性變硬 B. 理想空載轉速降低，機械特性變軟理想空載轉速降低，機械特性變軟 C. 理想空載轉速提高，機械特性變硬理想空載轉速提高，機械特性變硬 D. 理想

31、空載轉速提高，機械特性變軟理想空載轉速提高，機械特性變軟 答案：答案：D 分析：分析： 根據根據鋼鐵企業電力設計手冊鋼鐵企業電力設計手冊下冊下冊P3 (2007指導書指導書P541)， 在他勵直流電動機機械特性曲線中在他勵直流電動機機械特性曲線中,當磁通當磁通 減少時，曲線斜減少時，曲線斜率增大，電機轉矩增加時轉速下降快即機械特性變軟，曲線與率增大，電機轉矩增加時轉速下降快即機械特性變軟，曲線與縱軸交點抬高即理想空載轉速提高。縱軸交點抬高即理想空載轉速提高。28他勵直流電動機磁通他勵直流電動機磁通: 2 1 0；T0 正向電動狀態，工作在象限，能量電機正向電動狀態，工作在象限，能量電機機械機械

32、 n0；T0 正向制動狀態，工作在象限，能量機械正向制動狀態，工作在象限，能量機械電機電機 n0；T0 反向電動狀態，工作在象限，能量電機反向電動狀態，工作在象限，能量電機機械機械 n0 反向制動狀態，工作在象限，能量機械反向制動狀態，工作在象限，能量機械電機電機 一象限運行：在第一或第三象限運行。一象限運行：在第一或第三象限運行。 兩象限運行：在第一、四象限，或第二、三象限內運行。兩象限運行：在第一、四象限，或第二、三象限內運行。 四象限運行：能在所有象限工作。四象限運行：能在所有象限工作。P578圖圖14-4-1 56正向回饋制動（正轉、逆變）反向回饋制動（反轉、逆變）正向電動（正轉、整流

33、）反向電動（反轉、整流）nT5714.4.2.1直流電動機的調速方法直流電動機的調速方法 直流電動機的調速原理直流電動機的調速原理 直流電動機的機械特性方程式直流電動機的機械特性方程式 理想空載轉速；理想空載轉速； 直流電動機的轉速；直流電動機的轉速； 加在電樞回路上的電壓；加在電樞回路上的電壓； 電動機電樞電路總電阻；電動機電樞電路總電阻； 負載轉矩；負載轉矩； 電動機磁通；電動機磁通； 電動勢常數；電動勢常數； 轉矩常數。轉矩常數。 改變加在電動機電樞回路電阻改變加在電動機電樞回路電阻 R0、外加電壓、外加電壓 U 及磁通及磁通中中的任何一個參數，就可以改變電動機的機械特性，從而對電動的任

34、何一個參數，就可以改變電動機的機械特性，從而對電動機進行調速。機進行調速。 TCCRnTCCRCUnTeTee20020TC0ReCUTn0n58 1）改變電樞回路電阻調速）改變電樞回路電阻調速 電樞回路串接電阻：電樞回路串接電阻： 不同附加電阻的機械特性為一組斜率不同的直線組。隨串不同附加電阻的機械特性為一組斜率不同的直線組。隨串 聯電阻加大，聯電阻加大， 特性變軟。見特性變軟。見 P580 圖圖14-4-3。 吊放重物時，吊放重物時，U 和和 為常數時，附加電阻為常數時，附加電阻 R 增大，電動增大，電動 機轉速下降機轉速下降 轉速為零（堵轉）轉速為零（堵轉） 反轉（負載倒拉反轉制反轉（負

35、載倒拉反轉制 動）動）反轉減速反轉減速 停止停止 反向慢速下放重物。反向慢速下放重物。 屬恒轉矩調速。在需要降低轉速時使用屬恒轉矩調速。在需要降低轉速時使用 。 BRARCCTRCCTnTCCRRnnTeLTeLTe202020059 2）改變電樞電壓調速）改變電樞電壓調速 改變后的電樞電壓；改變后的電樞電壓； 改變電壓后的理想空載轉速改變電壓后的理想空載轉速; 特性曲線的斜率。特性曲線的斜率。 特性曲線為一組平行斜線，在整個調速范圍內均有較大的硬度，特性曲線為一組平行斜線，在整個調速范圍內均有較大的硬度，在允許的轉速變化率范圍內可獲得較低的穩定轉速。這種調速方在允許的轉速變化率范圍內可獲得較

36、低的穩定轉速。這種調速方式的調速范圍較寬，一般可達式的調速范圍較寬，一般可達1012，如果采用閉環控制系統，如果采用閉環控制系統，調速范圍可達幾百至幾千。見調速范圍可達幾百至幾千。見P581 圖圖14-4-5。 改變電樞電壓調速方式屬于恒轉矩調速，并在空載或負載轉矩改變電樞電壓調速方式屬于恒轉矩調速，并在空載或負載轉矩時也能得到穩定轉速，通過電壓正反向變化，還能使電動機平滑時也能得到穩定轉速，通過電壓正反向變化，還能使電動機平滑地起動和四個象限工作，實現回饋制動。地起動和四個象限工作，實現回饋制動。 各種可調壓電源調速比較見各種可調壓電源調速比較見 P581 表表14-4-1。 TKnTCCR

37、CUnmTee02Un0mK603）改變磁通調速）改變磁通調速 改變勵磁回路中串聯電阻的大小或采用勵磁調節器改變勵磁電改變勵磁回路中串聯電阻的大小或采用勵磁調節器改變勵磁電流和磁通進行調速。理想空載轉速（流和磁通進行調速。理想空載轉速（UN/Ce）與磁通（）與磁通（）成反）成反比；電動機機械特性的斜率與磁通的二次方成反比。此時，轉矩比；電動機機械特性的斜率與磁通的二次方成反比。此時，轉矩和電流與轉速的關系見和電流與轉速的關系見 P582圖圖14-4-7。 在調速過程中，為使電動機容量得到充分利用，應該使電樞電在調速過程中，為使電動機容量得到充分利用，應該使電樞電流一直保持在額定電流流一直保持在

38、額定電流IN不變，見圖不變，見圖14-4-7b中垂直虛線。這時，中垂直虛線。這時，磁通與轉速成雙曲線關系，磁通與轉速成雙曲線關系， 即即 , (見圖見圖14-4-7a中的中的虛線）。改變磁通調速適合于帶恒功率負截，即為恒功率調速虛線）。改變磁通調速適合于帶恒功率負截，即為恒功率調速 。 采用改變勵磁進行調速時，在高速下由于電樞電流去磁作用增采用改變勵磁進行調速時，在高速下由于電樞電流去磁作用增大，使轉速特性變得不穩定，換向性能也會下降。大，使轉速特性變得不穩定，換向性能也會下降。 4）三種調速方法的性能比較）三種調速方法的性能比較 直流電動機三種調速方法的性能比較見直流電動機三種調速方法的性能

39、比較見 P583表表14-4-2。ICRCUTCCRCUneeNTeeN2n/1n/T161改變磁通調速改變磁通調速6214.4.2.2 直流傳動系統的方案選擇直流傳動系統的方案選擇（1）直流發電機直流電動機調速系統）直流發電機直流電動機調速系統見見P583圖圖14-4-8。 起動起動直流電動機額定轉速（基速），直流電動機額定轉速（基速）， 直流發電機輸出端調壓直流發電機輸出端調壓直流電動機額定電樞電壓。直流電動機額定電樞電壓。 直流電動機額定轉速直流電動機額定轉速直流電動機最高轉速（基速以上）直流電動機最高轉速（基速以上） 直流發電機輸出直流電動機額定電壓，直流發電機輸出直流電動機額定電壓，

40、 直流電動機減少勵磁（弱磁）。直流電動機減少勵磁（弱磁）。（2）斬波器調速系統）斬波器調速系統 從恒定直流電源產生經過斬波的可變直流電壓，通過斬波從恒定直流電源產生經過斬波的可變直流電壓，通過斬波 器的組合可形成在不同象限運行的調速系統。單向、可逆、器的組合可形成在不同象限運行的調速系統。單向、可逆、 復合、橋式斬波器。復合、橋式斬波器。 見見P584圖圖14-4-9、圖、圖14-4-10。63斬波器調速系統斬波器調速系統64（3）晶閘管變流器的主回路方案選擇）晶閘管變流器的主回路方案選擇 常用閘管變流器的主回路方案。見常用閘管變流器的主回路方案。見P584 表表14-4-3。 1）晶閘管不可

41、逆系統。）晶閘管不可逆系統。 見見P586 圖圖14-4-11。 2）使用接觸器的可逆系統）使用接觸器的可逆系統 a）接觸器反接電樞回路。）接觸器反接電樞回路。 見見P586 圖圖14-4-12。 b）靠接觸器反接磁場回路。見）靠接觸器反接磁場回路。見P586 圖圖14-4-13。 3）電樞回路晶閘管可逆系統：）電樞回路晶閘管可逆系統： 連接方式：反并聯聯結連接方式：反并聯聯結 見見P587 圖圖14-4-14。 交叉聯結交叉聯結 見見P587 圖圖14-4-15。 直接反并聯直接反并聯 見見P587 圖圖14-4-16。 直流電動機可逆方式的比較直流電動機可逆方式的比較 見見P588 表表1

42、4-4-4。 （4）晶閘管變流器可逆系統控制方案）晶閘管變流器可逆系統控制方案有有環流、邏輯無環流、有有環流、邏輯無環流、 有準備邏輯無環流、錯位選觸無環流等控制方式，詳見有準備邏輯無環流、錯位選觸無環流等控制方式，詳見 電氣傳動自動化技術手冊電氣傳動自動化技術手冊 (第第2版）版） 第六章。第六章。65反并聯可逆線路反并聯可逆線路6614.4.2.3 晶閘管變流裝置主回路參數計算晶閘管變流裝置主回路參數計算 晶閘管變流調速裝置主回路設備包括：變流變壓器（或交流晶閘管變流調速裝置主回路設備包括：變流變壓器（或交流 進線電抗器），晶閘管變流器，直流電抗器，交直流側過電壓進線電抗器），晶閘管變流器

43、，直流電抗器，交直流側過電壓 吸收器，過電壓保護，快速斷路器等。吸收器，過電壓保護，快速斷路器等。（1）變流器聯結及基本電路參數）變流器聯結及基本電路參數 常用整流線路有關計算系數及特點：見常用整流線路有關計算系數及特點：見P589 表表14-4-5。（2）變流變壓器的計算）變流變壓器的計算 1）用變流電壓的原始方程，求變流器輸出電壓平均值）用變流電壓的原始方程，求變流器輸出電壓平均值 Ud 。 2）求變流變壓器二次相電壓）求變流變壓器二次相電壓UV 。 3）求變流變壓器二次相電流）求變流變壓器二次相電流IV和一次相電流和一次相電流IL 。 4）求變壓器的一次容量）求變壓器的一次容量 S1 ，

44、二次容量，二次容量 S2 和等效容量和等效容量 ST。67（3）交流進線電抗器的選擇）交流進線電抗器的選擇 變流器所需的交流電壓與電網電壓相同或多臺變流器用一臺變流器所需的交流電壓與電網電壓相同或多臺變流器用一臺 變流變壓器時，需要經過一個交流進線電抗器接到供電變壓器變流變壓器時，需要經過一個交流進線電抗器接到供電變壓器 或電網上。其主要作用：限制晶閘管導通時及短路時短路電流或電網上。其主要作用：限制晶閘管導通時及短路時短路電流 上升率的上升率的 di /dt ， 改善電源電壓波形，減少變流器運行對與電改善電源電壓波形，減少變流器運行對與電 源的相互干擾。源的相互干擾。 求交流進線電抗器的電感

45、量求交流進線電抗器的電感量 L ：當變流器輸出額定電流時，：當變流器輸出額定電流時， 電抗器繞組上的電壓降不低于供電電源額定相電壓的電抗器繞組上的電壓降不低于供電電源額定相電壓的4。 UV 供電電網相電壓有效值，供電電網相電壓有效值，V； IdN變流器輸出額定電流，變流器輸出額定電流，A； f 電網頻率，電網頻率，1/s。 推薦電抗器設計經驗數據見推薦電抗器設計經驗數據見P593 表表14-4-9。(mH) 10I816.0f2U04.0L3dNV68（4）直流回路電抗器的選擇和計算）直流回路電抗器的選擇和計算 在直流回路中附加電抗器的作用：限制電流的脈動；避在直流回路中附加電抗器的作用：限制

46、電流的脈動；避 免在正常工作范圍內出現電流斷續；將環流限制在一定范免在正常工作范圍內出現電流斷續；將環流限制在一定范 圍內；平衡變流裝置并聯部分交流電壓的相位差，形成多圍內；平衡變流裝置并聯部分交流電壓的相位差，形成多 相整流電壓；抑制短路電流上升率，以及為了使直流快速相整流電壓；抑制短路電流上升率，以及為了使直流快速 斷路器與快速熔斷器保護協調。斷路器與快速熔斷器保護協調。 計算：限制直流脈動率；使直流電流連續；限制均衡電計算：限制直流脈動率；使直流電流連續；限制均衡電 流；雙橋并聯平衡電抗；限制故障電流上升率等的電感值流；雙橋并聯平衡電抗；限制故障電流上升率等的電感值。 電抗器的的電感值應

47、扣除電動機電樞電感和變壓器漏感。電抗器的的電感值應扣除電動機電樞電感和變壓器漏感。 根據功能選取其中的最大值作為所選電抗器的電感值。根據功能選取其中的最大值作為所選電抗器的電感值。 詳見詳見電氣傳動自動化設計手冊電氣傳動自動化設計手冊 (第第2版）版） 第六章。第六章。69例題：例題： 當直流電動機采用恒轉矩或恒功率調速時，其轉子發熱與當直流電動機采用恒轉矩或恒功率調速時，其轉子發熱與下列物理量的關系為：下列物理量的關系為： A與電動機轉速和電動機輸出轉矩的乘積成正比與電動機轉速和電動機輸出轉矩的乘積成正比 B. 與電動機輸出功率成正比與電動機輸出功率成正比 C. 與電動機電樞電壓與電流乘積成

48、正比與電動機電樞電壓與電流乘積成正比 D. 與轉子電流平方成正比與轉子電流平方成正比答案：答案：分析：根據電流流過導體產生熱量的原理，轉子發熱應與轉分析：根據電流流過導體產生熱量的原理，轉子發熱應與轉子的電流平方成正比。題中子的電流平方成正比。題中A、B、C三項所敘述的內容都是三項所敘述的內容都是把轉子發熱與電機的功率聯系在一起，在恒功率調速等情況把轉子發熱與電機的功率聯系在一起，在恒功率調速等情況下，正比關系是不確切的。下，正比關系是不確切的。7014.4.3 交流電動機的調速交流電動機的調速14.3.3.1 交流電動機調速的原理及分類交流電動機調速的原理及分類 （1）交流電動機調速原理）交

49、流電動機調速原理 交流電動機轉速公式為交流電動機轉速公式為 : 異步電動機異步電動機 轉差率轉差率 同步電動機同步電動機 式中：式中：n 電動機轉速，電動機轉速，r/min； n0 電動機同步轉速，電動機同步轉速， r/min； p 電動機極對數；電動機極對數； f 1 供電電源頻率（供電電源頻率（Hz）；）； s 轉差率。轉差率。交流電動機有三種基本調速方式：交流電動機有三種基本調速方式： 1）改變極對數）改變極對數 p ，變極調速屬于此種類型；，變極調速屬于此種類型； 2）改變轉差率）改變轉差率 s ，定子調壓調速，轉子串電阻調速，串極調，定子調壓調速，轉子串電阻調速，串極調 速，電磁轉差

50、離合器調速，均屬此種類型；速，電磁轉差離合器調速，均屬此種類型； 3）改變供電電源頻率）改變供電電源頻率 f ，變頻變壓調速，無換向器電動機調，變頻變壓調速，無換向器電動機調 速屬于此種類型。速屬于此種類型。)()(s1pf60s1nn10pf60nn1000nnns71（2）交流電動機調速的方案）交流電動機調速的方案 交流電動機調速方案分類交流電動機調速方案分類 見見P596 表表14-4-10。 常用交流調速方案比較見常用交流調速方案比較見 P596 表表14-4-11（3) 變頻調速的原理、特性和分類變頻調速的原理、特性和分類 利用電動機的同步轉速隨頻率變化的特征，通過改變電動機利用電動

51、機的同步轉速隨頻率變化的特征，通過改變電動機 的供電頻率進行調速的方法。的供電頻率進行調速的方法。 交流電動機從基速向下調速時，為了不使磁通增加，交流電動機從基速向下調速時，為了不使磁通增加， 通常采通常采 用用 U / f =常數的控制方式。為了能在低速時輸出最大轉矩不變，常數的控制方式。為了能在低速時輸出最大轉矩不變， 應采用應采用E1 / f1=常數的協調控制。一般可常數的協調控制。一般可 在控制回路中加入一個在控制回路中加入一個 函數發生器控制環節，以補償低函數發生器控制環節，以補償低 頻時定子電阻所引起的電壓降，頻時定子電阻所引起的電壓降， 使電動機在低頻時仍能使電動機在低頻時仍能

52、近似保持恒磁通。近似保持恒磁通。 交流電動機在基速以上運轉時，采取恒功率變頻調速。如果要交流電動機在基速以上運轉時，采取恒功率變頻調速。如果要 求恒功率調速運行，必須使求恒功率調速運行，必須使 常數。常數。 異步電動機在不同頻率時的調速特性曲線見異步電動機在不同頻率時的調速特性曲線見 P599圖圖14-4-1921. 11f/U7273 交流變頻器的分類：按其結構型式可交交流變頻器的分類：按其結構型式可交-直直-交變頻器和交交變頻器和交-交交變頻器兩類。變頻器兩類。 交交-直直-交變頻器：先將電網的工頻交流電整流成直流電，再交變頻器：先將電網的工頻交流電整流成直流電，再將此直流電逆變成頻率可調

53、的交流電，又稱為間接變頻器。將此直流電逆變成頻率可調的交流電，又稱為間接變頻器。 交交-交變頻器：是將電網的工頻交流電直接變成電壓和頻率交變頻器：是將電網的工頻交流電直接變成電壓和頻率都可調的交流電，又稱為直接變頻器。都可調的交流電，又稱為直接變頻器。 交交-直直-交變頻器與交交變頻器與交-交變頻器主要特點比較交變頻器主要特點比較: 見見P600 表表14-4-12。74 交交-直直-交變頻器分為電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。交變頻器分為電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。 電流型變頻器電流型變頻器：特點是中間直流環節采用大電感作為儲能環：特點是中間直流環節采用大電感作為儲能環 節，無功功率

54、將由該電感來緩沖。由于電感的作用，直流電節，無功功率將由該電感來緩沖。由于電感的作用，直流電 Id 趨于平穩，電動機的電流波形為方波或階梯波，電壓波形接近趨于平穩，電動機的電流波形為方波或階梯波，電壓波形接近 于正弦波。突出的優點是，當電動機處于再生發電狀態時，回于正弦波。突出的優點是，當電動機處于再生發電狀態時，回 饋到直流側的再生電能可以方便地回饋到交流電網。饋到直流側的再生電能可以方便地回饋到交流電網。 電壓型變頻器電壓型變頻器 ：特點是中間直流環節的儲能元件采用大電容：特點是中間直流環節的儲能元件采用大電容, 負載的無功功率將由它來緩沖。由于大電容的作用，主電路直負載的無功功率將由它來

55、緩沖。由于大電容的作用，主電路直 流電壓流電壓Ed比較平穩，電動機端的電壓為方波或階梯波。直流電比較平穩，電動機端的電壓為方波或階梯波。直流電 源內阻比較小，相當于電壓源，故稱為電壓源型變頻器或電壓源內阻比較小，相當于電壓源，故稱為電壓源型變頻器或電壓 型變頻器。型變頻器。 電壓型變頻器和電流型變頻器主回路電壓型變頻器和電流型變頻器主回路 見見P601 圖圖14-4-25、26。 主要特點比較主要特點比較 見見P601 表表14-4-13。7514.4.3.2 有級調速有級調速（1）改變交流電動機的磁極對數調速）改變交流電動機的磁極對數調速 改變電動機定子繞組的接線來改變磁極對數而實現的調速。

56、改變電動機定子繞組的接線來改變磁極對數而實現的調速。 改變磁極對數的方法：改變磁極對數的方法： 在定子上設置單一繞組，改變接線組合；在定子上設置單一繞組，改變接線組合； 在定子上設置兩套不同極數的獨立繞組；在定子上設置兩套不同極數的獨立繞組； 在定子上設置兩套不同極數的獨立繞組，而且每個獨立在定子上設置兩套不同極數的獨立繞組，而且每個獨立 繞組又有不同的接線組合。繞組又有不同的接線組合。（2） 轉子串電阻調速轉子串電阻調速 繞線轉子異步電動轉子回路串接電阻，改變機械特性斜率，繞線轉子異步電動轉子回路串接電阻，改變機械特性斜率，對電動機進行調速。對電動機進行調速。 電動機的額定轉差率電動機的額定

57、轉差率sN的表達式為：的表達式為： I2N 電動機轉子額定電流，電動機轉子額定電流，A； U2N 電動機轉子額定電壓，電動機轉子額定電壓，V； r2 電動機轉子電阻，電動機轉子電阻，。 轉子回路串接電阻調速的機械特性轉子回路串接電阻調速的機械特性 見見P604 圖圖14-4-31。 2N2N2NrUI3s7614.4.3.3 交流調速用電力電子裝置交流調速用電力電子裝置 交流調速用的電力電子裝置有交流調壓裝置和交流變頻交流調速用的電力電子裝置有交流調壓裝置和交流變頻 裝置兩大類。裝置兩大類。 （1）晶閘管交流調壓器）晶閘管交流調壓器 在恒定交流電源與電動機之間接入晶閘管交流調壓器，通在恒定交流

58、電源與電動機之間接入晶閘管交流調壓器，通 過改變電動機輸入電壓來改變電動機的機械特性實現調速。過改變電動機輸入電壓來改變電動機的機械特性實現調速。 交流調壓器的工作原理基于晶閘管移相控制，交流調壓器的工作原理基于晶閘管移相控制，常用晶閘管常用晶閘管 交流調壓電路有以下幾種：交流調壓電路有以下幾種： 帶零線的三相調壓電路帶零線的三相調壓電路 ； 不帶零線的三相調壓電路；不帶零線的三相調壓電路； 半控調壓電路；半控調壓電路； 晶閘管與負載接成內三角形的三相調壓電路；晶閘管與負載接成內三角形的三相調壓電路； 電機中性點拆開接入晶閘管電機中性點拆開接入晶閘管三角形三角形成星點三角形連接。成星點三角形連

59、接。 77（2）用于調速系統的脈寬調制（）用于調速系統的脈寬調制（PWM）變流器）變流器 脈寬調制變流器是利用電力電子開關器件周期開通和關斷，脈寬調制變流器是利用電力電子開關器件周期開通和關斷， 通過開通時間與開關周期之比（占空比通過開通時間與開關周期之比（占空比D）來改變輸出電壓的）來改變輸出電壓的 變流器。變流器。 1）直流斬波器：輸入電源和產生占空比的控制信號都為直流，）直流斬波器：輸入電源和產生占空比的控制信號都為直流， 則變流器的輸出也為直流。則變流器的輸出也為直流。 2）PWM逆變器：直流逆變器：直流交流。交流。 P605 圖圖14-4-33。 3）PWM整流器：交流整流器：交流直

60、流。直流。 P605 圖圖14-4-34。 4）三相）三相PWM逆變器和三相逆變器和三相PWM整流器：三個單相逆變器或整流器：三個單相逆變器或 整流器組成。整流器組成。 P606圖圖14-4-36 5）三相電流型和電壓型交直交變頻器。）三相電流型和電壓型交直交變頻器。 P607 圖圖14-4-3739。7814.4.3.4 定子側交流調速系統定子側交流調速系統（1）定子調壓調速）定子調壓調速 改變異步電改變異步電 動機定子供電電壓動機定子供電電壓U1的幅值（電壓頻率不變），的幅值（電壓頻率不變）， 實現電動機的轉速調節。使用晶閘管交流調壓器。實現電動機的轉速調節。使用晶閘管交流調壓器。 對應不