电机与拖动基础4异步电动机的电力拖动.ppt

电机与拖动基础 目 录 目 录 4 异步电动机的电力拖动 【知识目标】 掌握三相异步电动机的机械特性及其起动、调速、制动的基本概念、基本原理和特点。 【能力目标】 学会三相异步电动机的起动、调速和制动方法。 各种生产机械的运转一般都是采用电动机来拖动的，这种由电动机拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统。电力拖动系统一般由电动机、生产机械、控制设备、传动机构和电源五个部分组成，如图4.1所示。 4 异步电动机的电力拖动 电动机作为原动机，把电能转换为机械能，通过传动机构带动生产机械工作。生产机械是完成某一生产任务的机械设备，是电动机拖动的对象。传动机构是把电动机的转动经中间变速或变换运动方式后传给生产机械。控制设备用以控制电动机的运动，从而实现对生产机械的控制。电源作为电力拖动系统能量的来源，向电动机和控制设备供电。 4.1 电力系统的运动方程式 电力拖动系统的运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在电动机转轴上的转矩。下面分析电动机直接与生产机械工作机构相连的单轴旋转系统的运动方程。在图4.2中，电动机的电磁转矩Tem通常与转速n同方向，为驱动性质的转矩。负载转矩TL通常是制动性质的转矩。若忽略电动机的空载转矩，根据牛顿第二定律可知，拖动系统旋转的运动方程式为 ： 4.1 电力系统的运动方程式 式中J ——运动系统的转动惯量，km·m2； Ω ——系统旋转角速度，rad/s； ——系统的转动惯量，N·m。 在工程计算中，用转速n代替角速度Ω 表示系统的转动速度，用飞轮矩GD2 代替转动惯量表示系统的转动惯量。其关系为 ： 4.1 电力系统的运动方程式 式中n ——转速，r/min； 　　m——旋转体的质量，kg； 　　r——旋转体的惯性半径，m； 　　D——旋转体的惯性直径，m； 　　G——旋转体的重量，N； g——重力加速度,g=9.8 m/s2。 把式（4.2）、式（4.3）代入式（4.1），可得 式中GD2——旋转体的飞轮矩，N·m2。电动机和生产机械的GD2可从有关资料中查到。 4.1 电力系统的运动方程式 4.1 电力系统的运动方程式 在电力拖动系统中，作用在电动机轴上的电磁转矩和负载转矩的大小和方向都可能发生变化，所以在应用运动方程式时，应该首先确定各转矩的正、负号。一般规定如下： （1）以某一方向的转速为正方向，当电磁转矩的方向与转速的正方向相同时，取正号，相反时取负号。 （2）负载转矩的方向与转速的正方向相反时，取正号，相同时取负号。 4.2 生产机械的负载转矩特性 生产机械运行时常用负载转矩表示负载的大小。生产机械的转矩随转速变化的规律，称为负载转矩的机械特征，记作 。虽然生产机械的类型很多，但大多数生产机械的负载特性可归纳为以下三大类。 恒转矩负载特性是指负载转矩的大小不随转速的变化而变化，即 为常数。恒转矩负载特性有反抗性和位能性两种。 4.2 生产机械的负载转矩特性 （1） 反抗性恒转矩负载 反抗性恒转矩负载的特点是：负载转矩的大小不变，而负载转矩的方向始终与生产机械的运动方向相反，即负载转矩总是起反抗运动的作用。其特性曲线如图4.3所示。属于反抗性恒转矩的负载有轧钢机和机床的平移机构等。 4.2 生产机械的负载转矩特性 （2） 位能性恒转矩负载 位能性恒转矩负载的特点是：负载转矩由重力作用产生，不论转速如何变化，负载转矩的大小和方向始终不变。其特性曲线如图4.4所示。 4.2 生产机械的负载转矩特性 恒功率负载的特点是：当转速变化时，负载从电动机吸收的功率为恒定值，即 ： 也就是说，负载转矩与转速成反比。恒功率负载特性曲线如图4.5所示。一些机床切削加工时属恒功率负载特性。如车床粗加工时切削量大，用低速挡；精加工时切削量小，用高速挡。 4.2 生产机械的负载转矩特性 通风机负载的特点是负载转矩的大小与转速的平方成正比，即 ： 式中 K ——比例常数。 特性曲线如图4.6中的曲线1。 属于通风机的生产机械有通 风机、水泵、油泵等。 实际通风机除了主要是通风 机负载特性外，由于轴承上 还有一定的摩擦转矩TL0，因 而实际通风机的负载特性应 为 ，如图4.6中的曲线2。 4.3 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指在一定条件下电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即 。因为三相异步电动机的转速n与转差率s之间存在一定的关系，所以三相异步电动机的机械特性也可用 的形式