电气传动基础知识.pptx
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1、第1章 电气传动基础知识第1页/共51页工业生产发展过程,经历了三次工业革命:工业生产发展过程,经历了三次工业革命:第一次工业革命:第一次工业革命:1818世纪世纪6060年代开始,标志是瓦特改良年代开始,标志是瓦特改良蒸汽机。蒸汽机的广泛使用,使生产从手工蒸汽机。蒸汽机的广泛使用,使生产从手工业过渡到大机器生产业过渡到大机器生产 “蒸汽时代蒸汽时代”。第2页/共51页第二次工业革命:第二次工业革命:1919世纪世纪7070年代开始,以电力的广泛应用为显年代开始,以电力的广泛应用为显著特点著特点 “电气时代电气时代”。电力的应用是以发动。电力的应用是以发动机和电动机为重要组成设备。机和电动机为
2、重要组成设备。l发电机原理的基础:发电机原理的基础:18191819年丹麦的奥斯特年丹麦的奥斯特电流磁效应电流磁效应18311831年英国的法拉第年英国的法拉第电磁感应现象电磁感应现象l18661866年德国的西门子年德国的西门子自激式直流发电机自激式直流发电机l1919世纪世纪7070年代年代改进的直流发电机实际生产改进的直流发电机实际生产 直流电能直流电能l18821882年法国的德普勒年法国的德普勒远距离送电远距离送电l18821882年美国的爱迪生年美国的爱迪生纽约第一个火力发电纽约第一个火力发电 站,并联结成输电网络站,并联结成输电网络第3页/共51页第二次工业革命:第二次工业革命:
3、l18851885年意大利的法拉里年意大利的法拉里旋转磁场原理,对旋转磁场原理,对交流电机的发展重大意义交流电机的发展重大意义l1919世纪世纪8080年代末年代末9090年代初年代初制造出三相异步制造出三相异步 电动机电动机l18911891年以后年以后三相制交流电推广,电力工业三相制交流电推广,电力工业新时代新时代第三次工业革命:第三次工业革命:2020世纪世纪4040年代年代计算机技术应用计算机技术应用“信信息时代息时代”第4页/共51页1.1电气传动系统概述电气传动初期是直流电气传动,后来出电气传动初期是直流电气传动,后来出现了交流电气传动。早期交流传动主要应现了交流电气传动。早期交流
4、传动主要应用在恒速拖动场合,需要高性能调速的使用在恒速拖动场合,需要高性能调速的使用直流电气传动。直到高性能变频器出现用直流电气传动。直到高性能变频器出现后,这种格局才被打破。目前,交流电气后,这种格局才被打破。目前,交流电气传动在电气传动中占主导地位。传动在电气传动中占主导地位。第5页/共51页1.1.1电气传动概念和类型电气传动(电机拖动)的电气传动(电机拖动)的概念:概念:以电动机作为原动机,驱动各种生产机械的系以电动机作为原动机,驱动各种生产机械的系统总称。统总称。电气传动的电气传动的特点:特点:功率范围大,单个设备的功率可从几毫瓦功率范围大,单个设备的功率可从几毫瓦几百几百兆瓦;兆瓦
5、;调速范围宽,转速可从每分钟几转调速范围宽,转速可从每分钟几转几十万转,几十万转,可达可达10000:1。第6页/共51页电气传动(电机拖动)的电气传动(电机拖动)的种类:种类:以电动机作为原动机,驱动各种生产以电动机作为原动机,驱动各种生产机械的,所以根据电动机的类型分为直流机械的,所以根据电动机的类型分为直流电气传动、交流电气传动和步进电气传动。电气传动、交流电气传动和步进电气传动。直流电气传动:直流电气传动:19世纪世纪70年代诞生。年代诞生。优点:优点:良好的起动制动性能,大范围平滑良好的起动制动性能,大范围平滑调速。调速。第7页/共51页缺点缺点:主要是从电机自身结构来讲来看:主要是
6、从电机自身结构来讲来看需要定期更换电刷和换向器,维护保养困需要定期更换电刷和换向器,维护保养困难,寿命短;难,寿命短;存在换向火花,难以应用于易燃易爆气体存在换向火花,难以应用于易燃易爆气体的恶劣场合;的恶劣场合;结构复杂,难以制作高转速、高电压和大结构复杂,难以制作高转速、高电压和大容量的直流电动机。最高电压容量的直流电动机。最高电压1kV,极限容,极限容量量 n是是106kW r/min。第8页/共51页交流电气传动:交流电气传动:19世纪世纪90年代诞生,应用在恒速或年代诞生,应用在恒速或简单变速的场合,直到简单变速的场合,直到20世纪世纪80年代,年代,高性能的变频器诞生,才应用在高性
7、能高性能的变频器诞生,才应用在高性能的调速场合。的调速场合。第9页/共51页优点:优点:主要是从电机自身结构来讲来看主要是从电机自身结构来讲来看结构简单、坚固、工作可靠、易于维护结构简单、坚固、工作可靠、易于维护和保养;和保养;无换向火花,可用于易燃易爆气体的恶无换向火花,可用于易燃易爆气体的恶劣场合;劣场合;容易制造高转速、高电压和大容量的交容易制造高转速、高电压和大容量的交流电动机。电压易达到流电动机。电压易达到6kV、10kV,因,因此相同电流下,容量可以大大提高。极此相同电流下,容量可以大大提高。极限容量限容量 n是是400 106kW r/min600 106kW r/min。第10
8、页/共51页步进电气传动:步进电气传动:20世纪世纪20年代诞生,在许多需要年代诞生,在许多需要精确位置控制中应用。精确位置控制中应用。优点:优点:是将电脉冲激励信号转变为角位是将电脉冲激励信号转变为角位移或线位移,控制精度高。移或线位移,控制精度高。第11页/共51页1.1.2电气传动的组成结构和作用传动系统核心:调速装置、电动机传动系统核心:调速装置、电动机调速装置构成:电源装置、控制装置调速装置构成:电源装置、控制装置主要作用:改变电动机转速或输出转矩从而改主要作用:改变电动机转速或输出转矩从而改变生产机械的转速或输出转矩,从而实现工艺变生产机械的转速或输出转矩,从而实现工艺要求、节能、
9、提高产品质量和改善工作环境。要求、节能、提高产品质量和改善工作环境。第12页/共51页电源装置类型:电源装置类型:母线供电装置、机组变流装置和电力电子母线供电装置、机组变流装置和电力电子变流装置变流装置 母线供电装置:母线供电装置:包括交流母线供电和直流母线供电包括交流母线供电和直流母线供电 机组变流装置:机组变流装置:包括直流发电机组和变频机组包括直流发电机组和变频机组 电力电子装置:电力电子装置:整流装置、交流调压装置和变频器整流装置、交流调压装置和变频器第13页/共51页控制装置的类型:控制装置的类型:控制装置控制装置按所用器件分类按所用器件分类:电器控制、电机扩大机和磁放大器、电子电器
10、控制、电机扩大机和磁放大器、电子控制控制 电器控制(继电器电器控制(继电器接触器控制):接触器控制):与母线供电装置配合使用。与母线供电装置配合使用。电机扩大机和磁放大器:电机扩大机和磁放大器:与机组供电装置配合使用,与机组供电装置配合使用,20世纪世纪3060年代装年代装置。置。电子控制:电子控制:分为分立元件、中小规模集成电路及微机和专用分为分立元件、中小规模集成电路及微机和专用大规模集成电路。大规模集成电路。第14页/共51页控制装置控制装置按工作原理分类按工作原理分类:逻辑控制和连续速度调节控制逻辑控制和连续速度调节控制 逻辑控制:逻辑控制:通过电气控制装置控制电动机启动、停止、正反通
11、过电气控制装置控制电动机启动、停止、正反转或有级变速,控制信号来自主令电器或可编程转或有级变速,控制信号来自主令电器或可编程控制器。控制器。连续速度调节控制:连续速度调节控制:与机组或电力电子变流装置配合使用,连续改变与机组或电力电子变流装置配合使用,连续改变电动机速度。有开环控制、闭环控制和负荷控制电动机速度。有开环控制、闭环控制和负荷控制三类。三类。控制装置控制装置按控制信号的处理方法分类按控制信号的处理方法分类:模拟控制、数字控制和模拟模拟控制、数字控制和模拟/数字混合控制数字混合控制第15页/共51页1.2电气传动系统的工作原理遵循运动方程遵循运动方程:工作原理工作原理:第16页/共5
12、1页工作模式工作模式:速度工作模式:速度工作模式:保持电动机保持电动机轴上输出转速恒定为目的轴上输出转速恒定为目的,自,自动调整电动机的输出转矩以适应负载的变动调整电动机的输出转矩以适应负载的变化。如:电梯、各类生产线。化。如:电梯、各类生产线。转矩工作模式:转矩工作模式:保持电动机保持电动机轴上输出的转矩恒定为目的轴上输出的转矩恒定为目的,等于负载转矩和空载转矩之和。但电动机等于负载转矩和空载转矩之和。但电动机转速不是确定的。如开卷转速不是确定的。如开卷/收卷设备。收卷设备。第17页/共51页1.3电气传动系统的负载特性目的:目的:正确地把握机械负载对象的负载特性,正确地把握机械负载对象的负
13、载特性,是选择电动机及驱动电源容量、决定其控制是选择电动机及驱动电源容量、决定其控制方式的基础。方式的基础。负载特性:负载特性:包括负载机械特性和负载功率特性包括负载机械特性和负载功率特性负载机械特性:负载机械特性:是指负载阻转矩与负载轴上是指负载阻转矩与负载轴上转速之间的关系(转速转速之间的关系(转速转矩特性);转矩特性);负载功率特性:负载功率特性:是指负载所消耗的功率与负是指负载所消耗的功率与负载轴上转速之间的关系(转速载轴上转速之间的关系(转速功率)。功率)。负载特性种类:负载特性种类:恒转矩负载,平方降转矩负载,恒转矩负载,平方降转矩负载,恒功率负载。恒功率负载。第18页/共51页1
14、.3.1 恒转矩负载特性恒转矩负载特性当运行时,无论其速度变化与否,负载阻当运行时,无论其速度变化与否,负载阻转矩大小总保持恒定或基本恒定。转矩大小总保持恒定或基本恒定。图图1-31-3 恒转矩负载及其特性恒转矩负载及其特性a a)带式输送机带式输送机 b b)机械特性机械特性 c c)功率特性)功率特性第19页/共51页恒转矩负载基本特点:恒转矩负载基本特点:负载转矩负载转矩 :负载的阻转矩基本恒定,即负载转矩的大小与负载的阻转矩基本恒定,即负载转矩的大小与转速无关。转速无关。负载功率负载功率:负载功率与速度成正比。负载功率与速度成正比。第20页/共51页恒转矩负载种类恒转矩负载种类:包括反
15、抗性恒转矩负载和位势能负载。包括反抗性恒转矩负载和位势能负载。反抗性恒转矩负载:反抗性恒转矩负载:传送带、搅拌机、挤压成形机等传送带、搅拌机、挤压成形机等摩擦负载摩擦负载,摩擦类负载的阻转矩的作用方向与运动方向(或摩擦类负载的阻转矩的作用方向与运动方向(或旋转方向)相反,旋转方向)相反,运动方向改变后,负载转矩的运动方向改变后,负载转矩的方向也将随之改变方向也将随之改变。位势能恒转矩负载:位势能恒转矩负载:吊车或升降机等重力负载,吊车或升降机等重力负载,负载转矩的方向负载转矩的方向不随着运动方向的改变而改变不随着运动方向的改变而改变。第21页/共51页1.3.2 恒功率负载:恒功率负载:恒功率
16、负载是指在改变速度是时,负载转矩与恒功率负载是指在改变速度是时,负载转矩与转速大致成反比,负载功率不变,与转速的高低无转速大致成反比,负载功率不变,与转速的高低无关。关。图图1-1-4 4 恒功率负载及其特性恒功率负载及其特性a)卷径最小时卷径最小时 b)卷径较大卷径较大 c)卷径最大卷径最大第22页/共51页恒功率负载基本特点:恒功率负载基本特点:负载功率负载功率:负载功率基本恒定,即负载功率的大小与转速负载功率基本恒定,即负载功率的大小与转速无关。无关。负载转矩负载转矩 :负载转矩与速度成反比。负载转矩与速度成反比。第23页/共51页恒功率负载设备:恒功率负载设备:轧钢机、造纸机和塑料薄膜
17、生产线中的开卷轧钢机、造纸机和塑料薄膜生产线中的开卷机、卷曲机等。在巷取初期由于生产的物料卷的机、卷曲机等。在巷取初期由于生产的物料卷的半径较小,为保持恒定线速度,物料卷必须以较半径较小,为保持恒定线速度,物料卷必须以较高速旋转,而负载却转矩较小;但随着物料卷半高速旋转,而负载却转矩较小;但随着物料卷半径的逐渐变大,物料的转速也应随之降低,而负径的逐渐变大,物料的转速也应随之降低,而负载转矩却必须相应增大。载转矩却必须相应增大。各种机床也属于恒功率负载,当粗加工时通各种机床也属于恒功率负载,当粗加工时通常进给量大,负载转矩也就大,转速低;精加工常进给量大,负载转矩也就大,转速低;精加工时,进给
18、量小,负载转矩就小,转速高,负载转时,进给量小,负载转矩就小,转速高,负载转矩与转速成反比。矩与转速成反比。第24页/共51页1.3.3 二次方率负载特性二次方率负载特性各种离心风机、离心泵等流体机械,在低速各种离心风机、离心泵等流体机械,在低速时由于流体的流速低,负载只需很小的转矩即可旋时由于流体的流速低,负载只需很小的转矩即可旋转。随着电动机转速的上升,气体或液体的流速加转。随着电动机转速的上升,气体或液体的流速加快,流速增快,负载转矩和功率也越来越大。快,流速增快,负载转矩和功率也越来越大。图图1-1-3 3 二次平方负载及其特性二次平方负载及其特性a a)风机示图风机示图 b b)机械
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