电机拖动ppt

电力拖动ppt课件
目 录
• 电力拖动概述 • 电力拖动系统的电动机 • 电力拖动系统的控制电路 • 电力拖动系统的应用实例 • 电力拖动系统的维护与故障排除
01
电力拖动概述
定义与原理
定义
电力拖动是指利用电动机作为原 动机来拖动生产机械的工作机构 使之运转的一种方法。
原理
利用电动机产生的转矩和转速， 通过传动机构来驱动生产机械的 工作机构运转。
电力拖动系统能够精确控制生产线的速度、位置和运动轨迹，提高生产效率和产品 质量。
工业自动化生产线通常需要高可靠性和高稳定性的电力拖动系统，以确保生产线的 正常运行和生产安全。
电梯控制系统
电梯是电力拖动系统在垂直运 输领域的典型应用，通过电机 驱动曳引绳或链条实现升降运 动。
电力拖动系统能够精确控制电 梯的速度和位置，提供安全、 舒适、高效的运输服务。
按控制方式分类
手动控制、半自动控制和自动控制等 。
机械传动、液压传动和气压传动等。
02
电力拖动系统的电动机
电动机的种类与特点
直流电动机
具有良好的调速性能， 适用于需要平滑调速的 场合。但结构复杂，维
护成本高。
交流电动机
结构简单，维护方便， 但调速性能较差。常见 的有异步电动机和同步
电动机。
伺服电动机
应确保所选电动机符合安全标准，并具有 必要的安全保护功能。
03
电力拖动系统的控制电 路
控制电路的组成与原理
组成
控制电路主要由控制电器、保护电器和测量仪表组成，用于实现对电动机的启 动、调速、制动和反向等控制操作。
原理
通过控制电路中的电器元件，实现对电动机的电源通断、调速和转向的控制， 从而达到生产工艺的要求。

中i1、i2、…、ΩL为电动机转轴对各转轴的转速比。
• 由
将式
• 的两边乘以4g，则得归算后的等效飞轮矩为
• 可见，旋转部分任一元件的等效飞轮矩等于该元件对自己轴的飞 轮矩除以归算轴对该元件轴的转速比的平方。 2 GDM • 一 般 情 况 下 ， 在 总 的 飞 轮 矩 GD2 中 ， 电 动 机 转 子 本 身 飞 轮 矩 所占的比重最大（因为转子直径、质量都较大），而传动机构飞 轮矩的折算值所占的比重较小。因而可粗略的计算等效飞轮矩
• •
• 三、飞轮矩的归算 • 在单轴电动机拖动系统中，曾有用转矩表示的运动方程 • 式中J为单轴旋转系统转动惯量。
• 在多轴传动系统中，必须把传动机构各轴（包括飞轮）的转动惯 量及直线运动部分的质量归算到电动机轴上。 • 归算的原则同样是：归算前后系统所储存的动能不变。 • 1．旋转运动部分转动惯量的归算 • 设拖动系统中各旋转部分的转动惯量为JM、J1、J2、…、JL；各轴 的角速度为ΩM 、Ω1、Ω2、…、ΩL，令J为归算到电动机轴上的 等效转动惯量，按照归算前后系统所储存的动能不变的原则，有：
• 同样以他励直流电动机带动恒转矩负载ML时的运行情况进行分析。 • 系统原来稳定运行在交点A，如果出现瞬时扰动（如有机械突然 • • 械特性就由2变为3，但因机械惯性的影响，使电动机转速nA不能 • 突变，使工作点便由A变到C，在特性3上，M=MC＜ML，则
C M ΦU C e C M Φ 2 起动等），引起端电压突然降低，由式 M = − n 机 Ra Ra
• 由以上的讨论，就可以把多轴的拖动系统（可包括旋转运动和直 线运动）归算成一个单轴拖动系统。这样，可以仅用一个运动方 程式进行研究。 • 自学例7－1
第二节 负载的转矩特性及电力拖动系统稳定运行的条件

第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
（2）课程目标 本课程是一门用电磁理论解决复杂的、具体的、综合的实际问题的课程 。在电机运行中，电机内同时存在电、磁、力的相互作用。因此本课程的目 标是使学生牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性，学会结合电机的具体 结构、应用电机基本理论分析电机及拖动的实际问题，应掌握一定的电磁计 算方法，培养学生运算能力。 要求学生重视在教学过程中安排的实验、实 习，包括参观电机厂等实践教学环节。 具体要求是：
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
从20世纪20年代起，开始采用由一台电动机拖动一台生产机械的系 统，称为单电动机拖动系统。与成组拖动相比，它省去了大量的中间传动 机构，使机械结构大大简化，提高了传动效率，增强了灵活性。由于电机 与生产机械在结构上配合密切，因而可以更好地满足生产机械的要求。
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。

在这一部分，我们将深入了解电机工作的基本原理，包括电磁感应和电流互 动的原理。
不同类型的电机
探索不同类型的电机，如直流电机、交流电机和步进电机。了解它们的特点、 用于各个领域，如工业制造、交通运输和家用电器。在本节中，我们将详细了解电机在不同领域中 的具体应用。
拖动系统的组成
深入了解拖动系统的组成部分，如电源、控制器和传动装置。了解它们的作 用和相互关系。
拖动系统的原理
在本节中，我们将探索拖动系统的工作原理，包括转动力的传递和变速机制。
电机及拖动的发展趋势
了解电机技术的发展趋势，包括智能化、高效能和环境友好型电机的出现。探索电机技术的未来！
《电机及拖动》PPT课件
欢迎来到《电机及拖动》PPT课件！在本课程中，我们将探索电机的基础原理 和应用，以及拖动系统的组成和原理。加入我们，探索电机技术的发展趋势！
电机及拖动的介绍
在本节中，我们将对电机及拖动进行全面介绍。了解电机的基本概念和工作 原理，以及拖动系统的作用和重要性。
电机的基本原理

N2 N1
2 Ist
另外，由于Ux （N2 / N1）U，T U 2，故起动转矩降低为（N2 / N1）2Tst，Tst为全压U1时的起动转矩。 起动转矩与起动电流降低同样的倍数。
任务过程：起动时开关投向“起动〞位置。自耦变压器串接入定子侧，而定 子电压只是自耦变压器二次侧电压，即减压起动。待电机速度接近额定转速 时，开关投向“运转〞位置，切除自耦变压器，起动终了。
的等效电路
第二节 改善起动性能的三相异步电动机
集肤效应 Tst m1s (R1R2 )U 2 2R (X 2 1X2 )2
Ist
U (R1R2)2(X1X2)2
➢将导体看成许多单元导体的并联；漏磁通只穿过槽一次，由槽底铁心构成 闭合回路，。
➢越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少， 即漏抗小；接近槽底的单元，漏 抗大， 使导体电流密度分布不均， 产生把电流向槽口排斥的集肤效应；
任务过程：将开关Q2投向“Y〞位置，再 合上开关Q1，定子接成星形，电动机降 压起动，待电动机转速接近额定转速时， 将开关Q2迅速投向“三角形〞位置，使 定子绕组接成三角形任务，起动过程终了。
留意：停机后，应该将Q2断开，使其处 在中间位置，以防止下次起动构成直接起 动特。点： 〔1〕只适用于正常运转时定子为三 角形结合的电动机。
4 28
9
5 3
〔三〕 软起动方法〔优先思索〕
采用一些自动控制线路组成的软起动器〔磁控式或 电子式〕实现笼型异步电动机的无级平滑起动，称 为软起动方法： 〔1〕限流或恒流起动法：主要用于轻载软起动 〔2〕斜坡电压起动法：主要用于重载软起动 〔3〕转矩控制起动法：较好的重载软起动方法 〔4〕转矩加脉冲突变控制起动法：适用于重载软起 动 〔5〕电压控制起动法：较好的轻载软起动方法

。
05
电机拖动系统的优化与设 计
电机拖动系统的能效优化
电机拖动系统的能效评估
评估电机拖动系统的能效水平，识别能效瓶 颈。
控制系统优化
优化控制算法，提高电机拖动系统的响应速 度和稳定性。
电机选型优化
根据实际需求选择合适的电机类型，如直流 电机、交流电机、步进电机等。
能源回收技术
利用能量回馈装置，将制动能量回收再利用 ，提高能源利用效率。
组成
电机拖动系统通常由电机、传动 装置、控制器和负载等部分组成 。
电机拖动系统的分类
01
02
03
按电机类型分类
直流电机拖动系统、交流 电机拖动系统、步进电机 拖动系统等。
按控制方式分类
开环控制电机拖动系统、 闭环控制电机拖动系统。
按应用场景分类
工业电机拖动系统、汽车 电机拖动系统、航空电机 拖动系统等。
神经网络控制
利用神经网络算法实现电机拖 动系统的非线性控制。
模糊控制
通过模糊逻辑数变化自适应调整 控制策略。
预测控制
利用模型预测算法，对电机拖 动系统的未来状态进行预测和
优化控制。
感谢您的观看
THANKS
直流电机的拖动特性
转矩特性
直流电机在一定电流下产 生的转矩与转速之间的关 系。
调速特性
改变电机的输入电压或电 流，可以改变电机的转速 。
启动和制动特性
描述电机在启动和制动过 程中的性能表现。
直流电机拖动系统的控制方法
调压控制
通过调节电机的输入电压来控制 电机的转速和转矩。
弱磁控制
在电机接近于磁场饱和时，通过减 小磁场强度来提高电机的转速。
通过分析动态特性，可以对电机拖动系统的性能进行评估和优化，以满足不同的 应用需求。

电机及拖动基础
iax I m
转子绕组作“两并一串”联接， 并且通入直流后所建立的磁动 势和磁场的基波分布图
iby
1 2
Im
icz
1 2
Im
绕线转子异步电动机的转子绕组通入直流电流 后，就成为一个电磁铁。
不论旋转磁极与电磁铁在起始时的相对位置如 何，结果总是旋转磁极的N极和S极分别与电磁铁 的S极和N极相吸。旋转磁极以同步转速旋转，则 必然拉着电磁铁也以同步转速旋转。这时异步电 动机就作同步运行。
恒功率、变励磁、不 计凸极效应时同步电 动机的电动势相量图
（二）转速特性及起动步骤
无平均电磁 转矩的情况
(s)t0
Te(t)
m UE0
Xds
sins
t
0
m U2
2s
1 Xq
1 Xd
sin2s
t
0
T
平均电磁转矩 Teav 0 Te(t)dt 0
第二节 无换向器电动机——自控式同步电动机 一、分类
串并联式
涡轮式
永磁同步电动机的转子结构图
2、磁路与参数问题 永磁体为横向结构的永磁同步电动机磁路示意图
3、起动问题
永磁同步电动机起动特性
1——异步转矩 2——发电机制动转矩 3——磁阻转矩 4——合成转矩
三、步进电动机
三相反应式步进电动机示意图
位置一
位置二
位置三
三相反应式步进电动 机的典型结构示意图
有最大电 磁转矩
无电磁转矩
有最大电 磁转矩
三、特点
1、维护简便 2、调速范围宽 3、控制方便 4、电动机能够使用于条件较恶劣的场合 5、快速性好
第三节 其他同步电动机
一、磁阻同步电动机

2-1 工作原理及结构
外电源固定极性 电流
由于通电导线的空间 位置不断变化，如何 保证旋转方向恒定不 变
第19页，共146页。
电枢 结构 示意
+
_
2-1 工作原理及结构
外电源固定 极性电流
一个电枢 绕组
电机旋转体 电枢
换向片
换向电刷
第20页，共146页。
2-1 工作原理及结构 直流电动机的能量变换途径：
Pem Tem Ω (T2 T0 )Ω P2 P0
P2 pFe pmec
电磁学（电磁效应） 运动力学（力矩，运动状态）
3. 学习内容 电动势，电势平衡，电磁转矩，相量图及其分析； 工作特性，机械特性，机械负载，功率损耗，有功功率，无功功
率；
空载运行，负载运行，电机起动，电动运行，制动运行；
第6页，共146页。
三、关 于 本 课 程
4. 学习方式
以物理 概念领先，数学描述随后；
直
导电体
流
电
源
电磁场
左手定则
产生 电磁转矩
瞬间
旋转运动
输出转矩
持续 旋转运动
换向器
第21页，共146页。
2-1 工作原理及结构
二、直流发电机的电磁感应现象（右手定则）
1. 恒定磁场，运动的导体（单方向运动）
2. 借助换向器，保证输出为直流电压
输入转矩
导电体 电磁场
右手定则
产生 感应电势
直
流
直流
电
感应电势
三、磁与电的联系
1-1 磁路的基本定律
1. 磁场与电流
安培环路定律 P 7
右手定则
绕组 N 匝
铁心平均长度 lc

拖动系统往往是复杂的，有的生产机械需要通过传动机构进行转 速匹配，因此增加了很多齿轮和传动轴；有的生产机械需要通过 传动机构把旋转运动变成直线运动，比如：刨床、起货机等。对 这样一些复杂的电力拖动系统，如何来研究其力学问题呢？一般 来说，有两种解决办法：
1）对拖动系统的每根轴分别列出其运动方程， 用连列方程 组来消除中间变量。这种解法会因方程较多，计算量大而比较繁 杂。
jL = /L = n / nL
如果要考虑传动机构的损耗，可以在折算公式中引入传动效
率c 。由于功率传送是有方向的，因此引入效率c 时必须注意：
要因功率传送方向的不同而不同。现分两种情况讨论：
1） 电动机工作在电动状态， 此时由电动机带动工作机构， 功率由电动机各工作机构传送，传动损耗由运动机构承担，即电

J L
1 jL
2
从式可知，折算到单轴拖动系统的等效转动惯量J等于折算前 拖动系统每一根轴的转动惯量除以该轴对电动机轴传动比jL 的平 方之和。当传动比jL 较大时，该轴的转动惯量折算到电动机轴上 后，其数值占整个系统的转动惯量的比重就很小。
根据式表示的GD2 = 4gJ 的关系，可以相应地得到折算到电动 机轴上的等效飞轮转矩
TL

TL jL

c
对于系统有多级齿轮或皮带轮变速的情况，设已知各级速比为j1， j2，…，jn，则总的速比为各级速比之积，即
n
j j1 j2 ... jn ji i 1
在多级传动时，如果已知各级的传递效率为： c1， c2，…， cn，则总效率 c 应为各级效率之积，即
n
c ci i 1
2．转动惯量和飞轮矩的折算 将图中 两轴系统中的电动机转动惯量 Je 和生产机械的负载 转动惯量JL，折算到电动机轴的等效系统的转动惯量J，其等效原 则是：折算前后系统的动能不变，即有

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【答案】训练4：× 训练5：0.02 训练6：
课前知识准备
2. 三相异步电动机的旋转磁场的产生 （1）旋转磁场的产生 在空间上互差120°电角度的三相对称的闭合定子绕组中分别通入三相对称交流电流，它 们将产生各自的交变磁场，三个交变磁场合成为一个两极旋转磁场。如图1-1-1所示，当电流为 正值时，电流从定子绕组首端流入（用“×”表示），尾端流出（用“·”表示）；当电流为负值 时，电流从定子绕组尾端流入（用“×”表示），首端流出（用“·”表示）。
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训练1：50 Hz的电动机能否用于60 Hz的电源？为什么？60 Hz的电动机能否用于50 Hz的电
源？为什么？
训练2：有一台50 Hz三相异步电动机，其额定转速 =720 r/min，空载转差率为0.28%，则
该电动机的极数为
，空载转速
r/min，额定负载时的转差率 = 。
训练3：（2015年高考题）三相异步电动机采用反接制动，在制动过程中的转差率s的范围
是（ ）
A. -∞＜s＜0 B. 0＜s＜1 C. s=1 D. 1≤s＜2
训练4：（2011年高考题）判断题：三相异步电动机的电磁转矩是由于旋转磁场与定子电
流的相互作用。（ ）
训练5：（2017年高考题）有一台Y200L1-4型电动机的额定功率
额定转速
频率f=50 Hz，过载系数λm=2，则该电动机的额定转差率
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例题2：三相异步电动机的“异步”从何而来？为什么？三相异步电动机为什么又称为三 相感应电动机？
【分析】“异步”是指转子转速总是低于旋转磁场的转速，只有存在转速差，转子绕组中 才能产生感应电流，如果转子转速与旋转磁场转速相同，转子绕组中将无法产生感应电流，异 步电动机也将无法转动。“感应电动机”的名称中的“感应”是由于转子绕组中的电流是感应 电流。

1
If —— 激磁绕组中的激磁电流； Rm —— 该段的磁组； Ф—— 磁通量
Φ
说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙
2
磁阻且为常数,故If与Φ是线性的 If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增
加变慢If与Φ为非线性关系. 电机的饱和程度对电机的性能有很
0
大的影响.
If
二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布
气隙磁密的概念：
本课程的性质、任务及学习方法
1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原 理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称 技术基础课。
2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使 用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析 各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设 计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还 要有一定深度的了解。
1.静止部分 (1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭
(机座)上.在磁极上套入激磁绕
组(线圈).主磁极总是偶数,且N
磁轭
极和S极相间出现.极掌对激磁
极掌极身
线圈 绕组起支撑作用,且使磁通在气
隙中有较好的分布波形.
(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.
自锁电路目录?第一章直流电机原理?第二章电力拖劢系统的劢力学基础?第三章直流电劢机的电力拖劢?第四章发压器?第五章三相异步电劢机原理?第六章三相异步电劢机的电力拖劢?第七章同步电劢机?第八章控制电机?第九章电力拖劢系统中电劢机的选择3学习方法
电机及拖动基础
电路
由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路，只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开，叫做断路或开路。

电动机
1J1 m Tm Jm
电动机
T
Jeq 等效负载
j1
生产机械
Tmeq
j2 折算原则：折算前后系统动能不变
1 2
Jeq 2
1 2
Jmm2

1 2
J112

1 2
JR 2
Jeq

Jm j2

J1 j12
JR
除以 12
2
乘以4g
上15下
GDeq2=
GDm2 + j2
GD12 + j12
电力拖动系统的运动状态：
Tem
T
L
当Tem TL ,
dn 0 , 稳态匀速n M
dt
当Tem TL ,
dn 0 , 暂态加速
dt
当Tem TL ,
dn 0 , 暂态减速
dt
上10 下
二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）
转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量
J
mi
GDR2
JR

GDR2
T
GDm2 + j2
电动机
其中：修正系数=1.1~1.25
1J1 m Tm Jm
多轴系统等效为单轴系统 j1
生产机械
后的运动方程为：
j2
Tem

TL

GDe2q 375

dn dt
T
电动机
Jeq 等效负载
其中： TL= T0+ Tmeq
T0 Tmeq
上16 下
第四节 负 载 的 机 械 特 性
2
ri

r2dm