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1、注册电气工程师（供配电）专业注册电气工程师（供配电）专业执业资格考试专业部分执业资格考试专业部分17.17.电动机与电气传动电动机与电气传动北京建筑工程学院李惠昇17.电动机与电气传动（考试大纲）电动机与电气传动（考试大纲）171 熟悉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172 了解电动机的选择了解电动机的选择173 掌握交、直流电动机的起动方式及起动校验掌握交、直流电动机的起动方式及起动校验174 掌握交、直流电动机调速技术掌握交、直流电动机调速技术175 掌握交、直流电动机的电气制动方式及计算方法掌握交、直流电动机的电气制动方式及计算方法176 掌握电动机保护配置及计算方法
2、掌握电动机保护配置及计算方法177 熟悉低压电动机控制电器的选择熟悉低压电动机控制电器的选择178 了解电动机调速系统性能指标了解电动机调速系统性能指标179 了解传动系统动态指标的运用了解传动系统动态指标的运用1710 了解调节理论在电气传动工程中的运用了解调节理论在电气传动工程中的运用1711 熟悉熟悉PLC的组成及工作原理的组成及工作原理17.电动机与电气传动电动机与电气传动171 电气传动系统的组成及分类电气传动系统的组成及分类1711 电气传动系统的组成电气传动系统的组成电气传动控制系统通常由电动机、电电气传动控制系统通常由电动机、电源装置和信息、控制装置三部分组成源装置和信息、控制
3、装置三部分组成。电源装置（电力电子变流器）电动机及设备信息装置指令、控制装置1712 电气传动的分类与比较电气传动的分类与比较（1）按是否调速来划分：从节约电能、改善机械性能的角度，将有越来越多的调速传动取代不调速传动，如：风机、泵类负载，平均可节电1520。电气传动不调速调速机械机电电气开环闭环例、（2 2）按照电动机的不同类型来划分）按照电动机的不同类型来划分:例172 电动机的选择电动机的选择 1721 选择电动机的原则选择电动机的原则（1 1）要要从从供供电电电电网网的的质质量量、起起制制动动特特性性、调调速速性性能能、控控制制特特性性等等几几个个方方面面综综合合考考虑虑，选选择择适适
4、当当类类型的电动机及其控制方式。型的电动机及其控制方式。（2 2）额额定定功功率率要要满满足足负负载载需需要要，但但不不宜宜过过大大。过过大大会会使使投投资资增增高高，而而且且会会造造成成轻轻载载运运行行时时损损耗耗大大、效率低、功率因数低、起动时冲击大等问题。效率低、功率因数低、起动时冲击大等问题。（3 3）根根据据温温升升和和使使用用环环境境条条件件，选选择择合合适适的的通通风风方式、结构型式和防护等级。方式、结构型式和防护等级。1721 选择电动机的原则选择电动机的原则（4 4）按按照照现现场场使使用用状状况况和和被被传传动动机机械械的的要要求求，选选择择结结构构和和安安装装方方式式，与
5、与传传动动机机械械的的连连接接方方式式，传传动动机机构构有有无无振振动动和和冲冲击击以以及及安安装装基基础础的的牢牢固固程程度等。度等。（5 5）尽尽量量选选用用可可靠靠性性高高、互互换换性性好好、维维护护方方便便，且有标准定额的电动机。且有标准定额的电动机。（6 6）考虑初期投资和运行费用，要从电动机及）考虑初期投资和运行费用，要从电动机及其控制设备的总投资、效率、功率因数和电费以其控制设备的总投资、效率、功率因数和电费以及全部设备的年维修费用等因素加以选择。及全部设备的年维修费用等因素加以选择。172 电动机的选择电动机的选择172 电动机的选择电动机的选择 1722 选择电动选择电动机的
6、步骤机的步骤框图框图1722 选择电动机的步骤选择电动机的步骤1.1.电动机类型的选择电动机类型的选择 （1 1）根据环境条件选择电动机的类型）根据环境条件选择电动机的类型 不同的使用环境条件对电动机的结构、通风及不同的使用环境条件对电动机的结构、通风及类型均有不同的要求（详见表类型均有不同的要求（详见表2323-2-1 1）。其中：其中：爆炸和火灾危险场所的分级详见爆炸和火灾危险场所的分级详见爆炸和火灾爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范危险环境电力装置设计规范 IPIP的分级及定义详见的分级及定义详见GB4208GB42089393外壳防护等级（外壳防护等级（IPIP代代码）码）表表23-2
7、-123-2-1设计规范设计规范IPIP代码代码172 电动机的选择电动机的选择（2 2）根据根据负载负载性质性质选择选择电动电动机的机的类型类型172 电动机的选择电动机的选择（3 3）直流与交流电动机的比较（自学）直流与交流电动机的比较（自学）（4 4）交流电动机的选择）交流电动机的选择 1 1）普通励磁同步电机）普通励磁同步电机优优点点：电电机机功功率率因因数数高高，用用于于变变频频传传动动时时，电电机机功功率率因因数数等等于于“1 1”，使使变变频频装装置置容容量量最最小小，变变频频器器输输入入功功率率因因数数改改善善；效效率率比比异异步步电电机机的的高高；气气隙隙比异步电机的大，大容
8、量电机制造容易。比异步电机的大，大容量电机制造容易。缺缺点点：需需附附加加励励磁磁装装置置；变变频频调调速速控控制制系系统统比比异异步电动机的复杂；步电动机的复杂；应应用用场场合合：大大功功率率不不调调速速传传动动；600r600rminmin以以下下大大功功率率交交一一交交变变频频传传动动，例例如如轧轧机机、卷卷扬扬、船船舶舶驱驱动动、水泥磨机等。水泥磨机等。172 电动机的选择电动机的选择2）永磁同步电动机）永磁同步电动机永磁同步电动机与PWM变频装置配合使用，电流为正弦波。目前一般容量在几十千瓦以下但容量正在逐渐扩大，目前已能做到上百千瓦，速度精度较高，在伺服系统中采用按转子位置定向的矢
9、量控制系统，性能优于其他电机（直流、异步或永磁无换向器电机），但成本略高，适用于高性能场合。172 电动机的选择电动机的选择3）无换向器电机）无换向器电机a.特点：特点：输输入入电电流流为为120方方波波，导导致致转转矩矩脉脉动动及及低低速速性性能能差；差；电路设计时需计及谐波电流带来的附加损耗；电路设计时需计及谐波电流带来的附加损耗；要要求求变变频频器器容容量量及及励励磁磁电电流流较较大大；电电机机过过载载能能力差（力差（152），电机短粗，），电机短粗，GD2大。大。无转速和频率上限。无转速和频率上限。b.应用场合：应用场合：大大中中功功率率用用于于负负载载平平稳稳、过过载载不不多多的的场
10、场合合，例例如风机、泵等，一般如风机、泵等，一般600rmin以上；以上；小小功功率率常常与与PWM 变变频频器器配配合合，用用于于性性能能一一般般的的伺服系统。伺服系统。172 电动机的选择电动机的选择4）异步电动机）异步电动机a.特点：特点：笼型电动机结构简单，制造容易，价格便宜；笼型电动机结构简单，制造容易，价格便宜；绕绕线线转转子子电电动动机机可可以以通通过过在在转转子子回回路路中中串串电电阻阻、频频敏敏电电阻阻或通过双馈改变电机特性，改善起动性能或实现调速；或通过双馈改变电机特性，改善起动性能或实现调速；功率因数及效率低。在采用变频调速时加大变频器容量；功率因数及效率低。在采用变频调
11、速时加大变频器容量；气隙小，大功率电机制造困难，气隙小，大功率电机制造困难，调速控制系统比同步电动机的简单。调速控制系统比同步电动机的简单。b.应用场合应用场合20003000kW以以下下、不不调调速速、操操作作不不频频繁繁场场合合，宜宜用用笼笼型电动机；型电动机；20003000kw以以下下、不不调调速速，但但要要求求起起动动力力矩矩大大或或操操作作较频繁场合，宜用绕线转子电动机；较频繁场合，宜用绕线转子电动机；环境恶劣场合宜用笼型电动机；环境恶劣场合宜用笼型电动机；20003000kW以下的交流调速系统。以下的交流调速系统。172 电动机的选择电动机的选择5）磁阻电机是一种与小功率笼型电动
12、机竞争的新型调速电机，转子为实心铁芯，d、q轴磁路不对称，定子有多相绕组，利用大功率晶体管轮流接通定子各绕组，靠反应力矩使电机旋转。这种电机调速装置简单，不用逆变器，无逆变失败故障，可靠性高，它的结构比笼型电动机简单，而功率因数和效率两者差不多。目前容量范围在几千瓦以下，个别达几十千瓦，近些年用于小功率调速装置。172 电动机的选择电动机的选择（5）直流电动机的选择）直流电动机的选择1）需要较大起动转矩和恒功率调速的机械，如电车、牵引机车等，用直流串励电动机。2）其他使用直流机场合一般均用他励直流电动机。注意要按生产机械的恒转矩和恒功率调速范围，合理地选择电动机的基速及弱磁倍数。2.2.电动机
13、转速的选择电动机转速的选择 应从技术指标及经济指标全面考虑。应从技术指标及经济指标全面考虑。172 电动机的选择电动机的选择3.3.电动机功率、转矩的选择（电动机的容量校验）电动机功率、转矩的选择（电动机的容量校验）（1）恒定负载连续工作制下电动机的容量校验）恒定负载连续工作制下电动机的容量校验1）计算电动机的额定功率）计算电动机的额定功率 选选择择电电动动机机的的额额定定功功率率PN略略大大于于折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的负载功率负载功率PL式中式中TL折算到电动机轴上的静负载转矩（折算到电动机轴上的静负载转矩（Nm）；）；nN电动机的额定转速（电动机的额定转速（rmin）当当负负载
14、载转转矩矩恒恒定定，需需从从基基速速向向上上调调速速时时，其其额额定定功功率率应按要求的最高工作转速应按要求的最高工作转速nmax计算：计算：172 电动机的选择电动机的选择2）校验起动过程中的最小转矩及允许的最大飞轮力矩对起动条件沉重（静负载转矩大或带有较大的飞轮力矩）而采用笼型异步电动机或同步电动机传动时，在选定PN后还要按下面两式分别校验电动机的最小起动转矩TMmin和允许的最大飞轮矩GDxm2式中：TLmax起动过程中可能出现的最大负载转矩（Nm）；KS保证起动时有足够加速转矩的系数,一般取KS=1.151.25；Ku电压波动系数，起动时电动机端电压与额定电压之比，全压起动时，取Ku=
15、0.85172 电动机的选择电动机的选择允许的最大飞轮力矩GDxm2为（大型生产机械）式中GDmec2折算到电动机轴上传动机械的最大飞轮力矩（Nm2）GD02包括电动机在内的整个传动系统允许的最大飞轮力矩（Nm2），由电机资料中查取；GDM2电动机转子的飞轮力矩（Nm2）；Tsav电动机的平均起动转矩（Nm），见表23-2-4。172 电动机的选择电动机的选择（2）短时工作制下电动机的容量校验）短时工作制下电动机的容量校验式中式中 PLmax短时负载功率的最大值（短时负载功率的最大值（kW）；）；电动机允许的转矩过载倍数，见表电动机允许的转矩过载倍数，见表23-2-5。（3）变动负载连续周期工
16、作制下电动机的容量校验）变动负载连续周期工作制下电动机的容量校验1 1）发发热热校校验验 变变动动负负载载连连续续周周期期工工作作制制下下电电动动机机的的功功率率计计算算，可可先先按按等等效效（方方均均根根）转转矩矩或或等等效效电电流流法法，计计算算出出一一个个周周期期T内内的的等等效效转转矩矩Trms或或等等效效电电流流Irms。选取额定转矩选取额定转矩TNTrms或额定电流或额定电流INIrms。172 电动机的选择电动机的选择式中：T1Tn各分段时间内的转矩值（Nm）；I1In各分段时间内的电流值（A）；T一个周期的总时间（s），当当负负载载波波形形不不是是矩矩形形，则则应应将将每每一一
17、个个相相应应的的时时间间间间隔隔内内的的转转矩矩或或电电流流值值换换算算成成等等效效平平均均值值后后，同同样样可可用用上上面面两两式式计算计算T rms或或I rms。a）矩形负载 b)梯形或三角形负载172 电动机的选择电动机的选择2）校校验验最最大大过过载载转转矩矩 按按T rms或或I rms选选取取电电动动机机的的额额定定功功率率以以后后，还还要要用用最最大大负负载载转转矩矩TLmax校校验验电电动动机的过载能力。机的过载能力。式中：式中：K u电网电压波动系数，电网电压波动系数，一一般般对对于于同同步步电电动动机机，K u=0.85；对对于于异异步步电电动动机机，K u=0.72；对
18、对于于直直流流电电动动机机，K u=1.0；转矩过载倍数（见表转矩过载倍数（见表23）0.9：考虑计算误差和参数波动而取的安全系数：考虑计算误差和参数波动而取的安全系数172 电动机的选择电动机的选择（4）断续周期工作制下电动机的容量校验断续周期工作制下电动机的典型负载见图172 电动机的选择电动机的选择1）按等效转矩（或等效电流）法校验发热a）选用断续定额电动机时，对于图23-2-2所示的负载图，电动机在一个工作周期内的等效（方均根）转矩Trms或等效（方均根）电流Irms为172 电动机的选择电动机的选择b）选用连续定额电动机时C起制动过程中电动机散热恶化系数，C=（lC）2；C停止时电动
19、机散热恶化系数。t0一个周期中停歇时间的总和（s）；172 电动机的选择电动机的选择 当选断续工作制电机，应计算实际负载持续率为 当实际负载持续率FC值（工作时间占周期时间的百分比）与所选的电动机的额定负载持续率FCN值不相等（但相差不多）时，应将上式算出的T rms或Irms值折算到对应于电动机的FCN值相等效的值，当所选电动机的额定转矩TNTrms或额定电流INIrms时，则表示电动机的发热校验通过。172 电动机的选择电动机的选择 173 交、直流电动机的起动方式交、直流电动机的起动方式及起动校验及起动校验(掌握掌握)17173 3 1 1 交流电动机的起动交流电动机的起动1.1.全压起
20、动（直接起动）全压起动（直接起动）笼型异步电动机和同步电动机满足下列条件时，笼型异步电动机和同步电动机满足下列条件时，可以采用全压起动。可以采用全压起动。1 1）起动时对电网造成的电压降不超过规定的数值。）起动时对电网造成的电压降不超过规定的数值。一般需要经常起动时，其电压降不得超过一般需要经常起动时，其电压降不得超过1010，偶而，偶而起动时不超过起动时不超过1515。在保证生产机械所要求的起动转。在保证生产机械所要求的起动转矩而又不致影响其他用电设备的正常工作时，其电压矩而又不致影响其他用电设备的正常工作时，其电压降可允许为降可允许为2020或更大一些。或更大一些。2 2）起动功率不超过供
21、电设备和电网的过载能力。笼）起动功率不超过供电设备和电网的过载能力。笼型异步电动机允许全压起动的功率和电源容量之间的型异步电动机允许全压起动的功率和电源容量之间的关系见表关系见表23-3-123-3-1。2.2.减压起动减压起动 （1 1）绕线转子异步电动机转子串电阻分级起动）绕线转子异步电动机转子串电阻分级起动 173 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（2 2）绕线转子异步电动机转子串频敏变阻器起动）绕线转子异步电动机转子串频敏变阻器起动 起动时：起动时：则则:表现为阻抗大,相当于串电阻,当转速升高后,s减小，其等效阻抗随转差率的减小而相应地减小，从而起到
22、减小起动电流并得到起动转矩近似恒定的起动特性。173 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 采用频敏变阻器起动，其优点是可省去庞大采用频敏变阻器起动，其优点是可省去庞大的起动电阻器，线路简单，维修简便。但因其功的起动电阻器，线路简单，维修简便。但因其功率因数低、起动转矩小，对要求在低速下运转和率因数低、起动转矩小，对要求在低速下运转和起动转矩大的场合，不宜采用。起动转矩大的场合，不宜采用。（3 3）笼型异步电动机减压起动）笼型异步电动机减压起动 （见表（见表23-3-223-3-2）鼠笼转子异步电动机转子电路在内部闭合，鼠笼转子异步电动机转子电路在内部闭合，不能
23、外串起动设备，只能在定子电路中采取措施。不能外串起动设备，只能在定子电路中采取措施。其减压起动方法主要有定子电路串电阻起动、其减压起动方法主要有定子电路串电阻起动、Y Y起动、延边三角形起动和自耦变压器减压起动起动、延边三角形起动和自耦变压器减压起动等。等。（4 4）同步电动机减压起动）同步电动机减压起动 （见表（见表23-3-223-3-2）表表23-3-223-3-2173 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3.3.变频起动变频起动 173 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K2K3K1173 2 直流电动机的起动直流电动
24、机的起动 （1）直流他（并）励电动机的起动）直流他（并）励电动机的起动 直流他励电动机作为闭环调速系统的拖动直流他励电动机作为闭环调速系统的拖动电机时，通常采用晶闸管调压装置为电枢供电。电机时，通常采用晶闸管调压装置为电枢供电。直直流流并并励励电电动动机机如如果果采采用用电电枢枢串串电电阻阻分分级级起起动动，其其计计算算方方法法与与绕绕线线转转子子异异步步电电动动机机转转子子串串电阻分级起动的分析计算方法完全一样。电阻分级起动的分析计算方法完全一样。173 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（2）直流串励电动机串电阻起动）直流串励电动机串电阻起动对于直流串励电
25、动机，由于其机械特性为非对于直流串励电动机，由于其机械特性为非线性，采用解析法计算较困难，通常多采用线性，采用解析法计算较困难，通常多采用图解法，方法同绕线转子异步机串电阻起动图解法，方法同绕线转子异步机串电阻起动（见（见358页）。页）。173 3 起动的校验起动的校验 对于直流电动机，因其起动转矩可以在对于直流电动机，因其起动转矩可以在规定范围内任意调节，因此不必做起动校验。规定范围内任意调节，因此不必做起动校验。173 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174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术 1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术(
26、掌握掌握)1.基本概念基本概念调速：调速：通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电机的机械特性，使电动机的稳定运转速度发生变化。开环控制系统：开环控制系统：电动机的转速只能跟随转速指令变化而不能自动纠正与给定转速的偏差的调速系统称为开环控制系统。闭环控制系统：闭环控制系统：能自动纠正电动机的转速与给定转速的偏差同时不受负载及电网电压波动等外界扰动的影响，使电动机的转速始终与给定转速持一致的调速系统称为闭环控制系统。1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 无级调速：无级调速：又称连续调速指电动机的转速可以平滑地调节。其特点是转速变化均匀适应性强，容易实现自动调速，因而在工业中被广泛应
27、用。有级调速有级调速：又称间断调速或分级调速，它的转速只有有限的几级，调速范围有限且不容易实现自动调速。向上调速：向上调速：从基速提高转速的调速称为向上调速。例如直流电动机改变磁通进行调速，其调速极限受电动机的换向条件和机械强度的限制。向下调速：向下调速：从基速降低转速的调速称为向下调速。例如，直流电动机改变电枢电压进行调速，调速的极限转速即最低转速受转速稳定性的限制。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术恒转矩调速：恒转矩调速：对于某些工作机械其负载性质属于恒转矩类型即在不同的稳定速度下要求电动机的转矩不变。如果所用的调速方法能使电动机的转矩与电动机的电枢电流之比为一常数则在恒
28、转矩负载下电动机无论在高速或低速下运行其发热情况始终是一样的这将能充分利用电动机。这种调速办法称为恒转矩调速。例如保持电动机磁通不变改变电动机电枢电压或电枢回路电阻来调速的方法就属于恒转矩调速。1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术174 41 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 恒功率调速：恒功率调速：对于机床类负载：当切削量大时（即T大）要求切削速度（即n）低；当切削量小时（即T小）要求切削速度（即n）高；但每种工况下Tn的乘积近似不变，这类负载属于恒功率负载。为了配合这类负载，可以采用减弱磁通的方法调速。根据公式当磁通减小时
29、，转速n将升高，而转矩T将减小。这种保持电动机电枢电压不变、减弱电动机磁通的调速方式与上述恒功率负载的要求相一致，称为恒功率调速。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 对于恒功率负载，应尽量采用恒功率调速方式；对于恒转矩负载应尽量采用恒转矩调速方式。只有这样电动机才能得到充分利用。图17411调压与调磁时电动机的调速特性调压恒转矩调磁恒功率174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指标（1）静态指标）静态指标a.调速范围调速范围生产机械要求
30、电动机能提供的最高转速生产机械要求电动机能提供的最高转速max最低转速最低转速min之比叫做调速范围。常用之比叫做调速范围。常用D表示，即表示，即式中式中 max 和和nmin 一般都指额定负载时的转速。一般都指额定负载时的转速。闭环调速系统的调速范围可达闭环调速系统的调速范围可达100：1或更大。或更大。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指标（1）静态指标）静态指标b.静差率静差率电动机在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额电动机在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额定负载时所产生的转速
31、降落与额定负载时的转速之比定负载时所产生的转速降落与额定负载时的转速之比称为静差率（又称转速变化率）称为静差率（又称转速变化率）s，常用百分数表示，常用百分数表示，即即式中式中 n。电动机理想空载转速；电动机理想空载转速；n 电动机额定负载时的转速。电动机额定负载时的转速。闭环调速系统的静差率一般为闭环调速系统的静差率一般为10-210-3。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指标（1）静态指标）静态指标c.稳速精度稳速精度 在稳速系统中常用稳速精度的概念，即在规定的电在稳速系统中常用稳速精度的
32、概念，即在规定的电网质量和负载扰动的条件下，在规定的运行时间（如网质量和负载扰动的条件下，在规定的运行时间（如1h或或8h）内，在某一指定的转速下，内，在某一指定的转速下，t时间（通常时间（通常t取取1s）内平均转速最大值内平均转速最大值nmax和另一个和另一个t时间内平均转速时间内平均转速最小值最小值nmin的相对误差的百分值，来表明稳速系统的的相对误差的百分值，来表明稳速系统的性能性能数字稳速系统的稳速精度可达数字稳速系统的稳速精度可达10-410-5。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指
33、标（2）动态指标）动态指标 直流传动系统的动态指标是指在控制直流传动系统的动态指标是指在控制 2)斜坡平顶信号斜坡平顶信号信号或扰动信号的作用下，系统输出信号或扰动信号的作用下，系统输出在动态响应中的各项指标。在动态响应中的各项指标。（1）控制信号作用下的动态指标）控制信号作用下的动态指标电气传动系统中常用的控制信号电气传动系统中常用的控制信号通常有以下两种：通常有以下两种：1)单位阶跃信号单位阶跃信号174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指标（2）动态指标）动态指标a.跟随性跟随性在阶跃信号C（
34、t）的作用下，输出量Y（t）的动态响应如图1）起调时间ta，又称响应时间，是指输出量Y（t）第一次达到稳态值的时间。2）调节时间tr，是指Y（t）进入稳态值的（25）区域内，而不再逸出的时间又称为过渡过程时间。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指标（2）动态指标）动态指标3）超调量%，是指Y（t）超过其稳态值的最大数值与稳态值之比，用百分数表示4）振荡次数N，是指Y（t）在整个调节过程中围绕稳态值摆动的次数。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电
35、动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指标（2）动态指标）动态指标b.扰动性系统的扰动特性是指在扰动信号F（t）的作用下，系统输出量Y（t）的动态性能。在直流调速系统中，常遇到的也是最严重的扰动为单位阶跃扰动。阶跃扰动通常表示为174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 2.调速系统的性能指标调速系统的性能指标（2）动态指标）动态指标1)动态波动量（动态偏差）m，是指输出量偏离原来稳态值的最大偏差与原来稳态值之比。2）回升时间tt，是指输出量第一次回到扰动信号作用前输出值时对应的时间。3）恢复时间tS，是指输出量进入原稳态值Y
36、（0）的9598范围内，并不再超出的时间。以上三个指标是衡量系统对扰动响应的主要指标。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案直流电动机的调速方案1)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为直流电动机的机械特性方程式为 式中式中n0理想空载转速，理想空载转速，n0=UC e;U加在电枢回路上的电压；加在电枢回路上的电压；Ce电动势常数；电动势常数；电动机磁通；电动机磁通；CT T转矩常数；转矩常数；R 0电动机电枢回路的电阻；电动机电枢回路的电阻；T电动机转矩。电动机转矩。R 电动机
37、电枢回路的外串电阻；电动机电枢回路的外串电阻；可可见见，改改变变R、U及及中中的的任任何何一一个个参参数数，都都可可以以改改变变电电动动机机的机械特性，从而对电动机进行调速。的机械特性，从而对电动机进行调速。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案直流电动机的调速方案2)改变电枢回路电阻调速改变电枢回路电阻调速 当电枢回路串联附加电阻当电枢回路串联附加电阻R时，时，其特性方程式变为其特性方程式变为式中式中174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流
38、电动机的调速方案直流电动机的调速方案2)改变电枢回路电阻调速改变电枢回路电阻调速 当电枢回路串联附加电阻当电枢回路串联附加电阻R时，其特性曲线如下时，其特性曲线如下 串联电阻调速的机械特性、调速特性174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速直流电动机调速技术技术 3.直流电动机的调速方案直流电动机的调速方案2)改变电枢回路电阻调速改变电枢回路电阻调速 当电枢回路串、并联附当电枢回路串、并联附加电阻时，其电路图与机加电阻时，其电路图与机械特性图如右械特性图如右式中K系数，K=RB（RBR）；RB并联的电阻；R串联的电阻。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动
39、机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案直流电动机的调速方案3）改变电枢电压调速）改变电枢电压调速当改变电枢电压时，理想空载转速当改变电枢电压时，理想空载转速n0也将改变，但机也将改变，但机械特性的斜率不变，这时机械特性如下械特性的斜率不变，这时机械特性如下式中U改变后的电枢电压；n0改变电压后的理想空载转速；Km特性曲线的斜率。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案比较直流电动机的调速方案比较表2341(1711)直流电动机改变电压调速的方法变压方法变压方法原理电路
40、原理电路装置组成装置组成性能及适用场合性能及适用场合电动机发电机组（旋转变流机组）原动机可用同步电动机、绕线转子异步电动机（包括带飞轮和转差调节的机组）、笼型异步电动机、柴油机等。励磁方式有励磁机、电机扩大机、磁放大器和晶闸管励磁装置等。控制方式有继电器一接触器、磁放大器和半导体控制装置等输出电流无脉动，带飞轮的机组对冲击负载有缓冲作用，采用同步电动机的机组能提供无功功率，改善功率因数。因有旋转机组，效率较低，噪声、振动大。控制功率大，构成闭环系统一般动态指标较差，用晶闸管励磁可提高动态指标。此种方法已很少采用晶闸管变流器包括变流变压器、晶闸管变流装置、平波电抗器和半导体控制装置等效率高，噪声
41、、振动小，控制功率小，构成闭环系统动态指标好。但输出电流有脉动，深控时功率因数低，对电网的冲击和高次谐波影响大174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案比较直流电动机的调速方案比较表2341直流电动机改变电压调速的方法变压方法变压方法原理电路原理电路装置组成装置组成性能及适用场合性能及适用场合直流斩波器包括晶闸管（或其他电力电子器件）、换相电感电容、输入滤波电感电容及半导体控制装置等柴油交流发电机一硅整流器柴油交流发电机、硅整流装置及相应的控制装置等改变交流发电机电压，经硅整流装置整流得到可变直流电压，用于电动轮
42、车等独立电源场合适用于由公共直流电源或蓄电池及恒定电压直流电源供电的场合，如电机车、蓄电池车等电动车辆174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案比较直流电动机的调速方案比较表1711直流电动机改变电压调速的方法变压方法变压方法原理电路原理电路装置组成装置组成性能及适用场合性能及适用场合交流调压器、硅整流器调压变压器、硅整流装置等升压机组与公共直流电源串联的直流发电机或晶闸管变流装置及相应的控制装置适用于公共直流电源供电场合，设备较经济，但调速范围不大效率高，噪声、振动小，输出电流脉动较小，比晶闸管供电功率因数有改
43、善，但实现自动调速较困难。适用于不经常调速的小功率（15kw）手动开环控制场合174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案直流电动机的调速方案4）改变磁通调速）改变磁通调速在电动机励磁回路中，改变其串联电阻在电动机励磁回路中，改变其串联电阻Rf的大小或采的大小或采用专门的励磁调节器来控制励磁电压用专门的励磁调节器来控制励磁电压，都可以改变励都可以改变励磁电流和磁通。磁电流和磁通。174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 3.直流电动机的调速方案直流电动机的调
44、速方案4）改变磁通调速）改变磁通调速机械特性曲线和速度曲线如图机械特性曲线和速度曲线如图以上三种调速方式的性能比较见表23-42表23-42174 交、直流电动机调速技术交、直流电动机调速技术1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 4.常见的直流电动机调速系统常见的直流电动机调速系统（1）斩波器调速系统）斩波器调速系统T斩波周期，TtONtOFF；工作率，=tONT。a.恒频系统。T保持不变（即频率不变），只改变tON，即脉宽调制（PWM）方式。b.变频系统。改变T（即改变频率），但同时保持tON不变或者保持tOFF不变，即频率调制（FM）方式。斩波器是一种电力电子开斩波器是一种电力电
45、子开关，它能从恒定的直流电关，它能从恒定的直流电源产生出经过斩波的可变源产生出经过斩波的可变直流电压，从而达到调速直流电压，从而达到调速的目的。图示为一个简单的目的。图示为一个简单的斩波器调速系统和斩波的斩波器调速系统和斩波后的电压波形。后的电压波形。1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 4.常见的直流电动机调速系统常见的直流电动机调速系统（1）斩波器调速系统）斩波器调速系统图1749多象限运行的斩波器调速系统a）二象限运行b）四象限运行c）采用IGBT的四象限运行系统1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 4.常见的直流电动机调速系统常见的直流电动机调速系统（1）斩波器调速
46、系统）斩波器调速系统图1749c）采用IGBT的四象限运行系统c)1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 4.常见的直流电动机调速系统常见的直流电动机调速系统（2）晶闸管变流器调压调速系统晶闸管变流器供电的直流调速系统，已广泛地用于要求控制性能好的调速系统中。它和使用电动机一发电机组供电的系统相比，控制性能好，效率高，而且是静止装置，因而调试和维修方便。下图是一个典型的晶闸管变流器控制的直流电动机不可逆调速系统。1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 4.常见的直流电动机调速系统常见的直流电动机调速系统（3）调压调磁控制系统）调压调磁控制系统在很多应用场合，为了进一步扩大调速范
47、围，除采用调压调速外，同时还采用弱磁调速。为此，需要将调压与调磁两者结合起来，并能在两种调速方式的分界线上（基速）实行自动切换。图为同时采用两种调速方法时在整个调速范围内的电动机的调速特性。1741 直流电动直流电动机调速技术机调速技术 4.常见的直流电动常见的直流电动机调速系统机调速系统（3）调压调磁控制系统）调压调磁控制系统图为调压调磁非独立控制系统结构图a）用比较器的系统b）用电动势调节器的系统1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 4.常见的直流电动机调速系统常见的直流电动机调速系统正向回馈制动（正转、逆变）反向回馈制动（反转、逆变）正向电动（正转、整流）III反向电动（反转、
48、整流）（4）晶闸管可逆调速系统）晶闸管可逆调速系统很多生产机械要求其传动电动机能在两个方向旋转，并能产生两个方向的转矩。因此，要求电动机的电枢电压（或励磁电流）、电枢电流必须能在两个方向工作。但晶闸管只能单方向流过电流，因此，要满足上述要求，就要正反向各设一套整流器组成双变流器联结，或通过开关切换电动机与整流器的连接来实现。这时电动机就能在四个象限内工作，如图所示。1741 直流电动机调速技术直流电动机调速技术 4.常见的直流电动机调速系统常见的直流电动机调速系统（4）晶闸管可逆调速系统）晶闸管可逆调速系统1）电枢用一套晶闸管整流装置供电，用有触点开关切换的可逆系统（4）晶闸）晶闸管可逆调速管
49、可逆调速系统系统2）电枢用一套晶闸管整流器供电的磁场反向可逆系统（4）晶闸）晶闸管可逆调速管可逆调速系统系统3）电枢用两套晶闸管整流装置供电的可逆系统 反并联可逆线路（4）晶闸）晶闸管可逆调速管可逆调速系统系统3）电枢用两套晶闸管整流装置供电的可逆系统 交叉联结可逆线路（4）晶闸）晶闸管可逆调速管可逆调速系统系统3）电枢用两套晶闸管整流装置供电的可逆系统 直接反并联可逆线路 表23-43(1713)直流电动机可逆方式的比较比较项目电枢用一套变流装置开关切换电枢用一套变流装置磁场反向电枢用两套变流装置电枢反向设备1电枢变流装置一套2电枢回路切换开关3切换逻辑1电枢变流装置一套2励磁变流装置两套3
50、切换逻辑1电枢变流装置两套2无环流切换辑或环流电抗器性能有触点开关快速性差，正反转开关切换死时为0.20.5s，减速时开关要切换两次采用晶闸管开关可将切换死时减少到0.1s快速性差，正反转磁通反向时间为几百毫秒到1s，减速时磁通要切换两次快速性好，切换死时零到几十毫秒可靠性主回路不产生环流，有触点开关，维护工作量大，寿命低主回路不产生环流，无触点切换，要求有可靠的可逆励磁回路要求触发器、逻辑切换可靠及抗干扰能力强投资系统简单，投资少系统复杂，但投资较少系统较简单，但投资大适用场合正反转调速不频繁，受开关容量限制，一般在几十千瓦以下，如起重机等正反转调速不频繁，对调速精度要求不高，容量为几十到几