电力拖动基础(第二讲)
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电力拖动基础知识PPT(共60页)
1.刀开关
在电力拖动控制线路中最常用的是由刀开关和熔断器组合 而成的负荷开关。
生产中常用HK系列开启式负荷开关（又称瓷底胶盖刀开关， 简称闸刀开关），适用于照明、电热设备及小容量（ 5.5kW 以下）电动机控制线路中，供手动不频繁地接通和分断电路， 起短路保护作用。
结构：开关的瓷座上装有进线 座、静触头、熔体、出线座和 带手柄的刀式动触头，上面盖 有胶盖以防止操作时触及带电 体或分断时产生的电弧飞出伤 人。
结构：熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座组成。
常用的有： 1）RC1A系列插入式熔断器（瓷插式熔断器）
它主要由瓷座、瓷盖、动触头、静触头及熔丝组成。一 般用于交流50HZ、额定电压380V及以下、额定电流200A 及以下的低压线路末端或分支路中，作为电气设备的短路 保护及一定程度的过载保护。
2）RL1系列螺旋式熔断器 它主要由瓷帽、熔断管、瓷套、上接线座、下接线座及
维修电工培训
电力拖动基础知识
授课：永安市技校 陈昌初
第一节：常用低压电器
低压电器简介
配
开关
电
熔断器
低
电
……
压
器
电 器
控 制
接触器 继电器
时间继电器 热继电器
电
起动器 ……
器
……
低压电器的分类
生产机械中所用的控制电器多属于低压电器，它 是指在电压在500V以下、用来接通或断开电路，以及 来控制、调节和保护用电设备的电气器具。 电器按动作性质可分为以下两类：
（1） 非自动电器：这类电器没有动力机构，依靠人 力或其他外力来接通或切断电路，如刀开关、转换开关 等。
（2） 自动电器：这类电器有电磁铁等动力机构，按 照指令、信号或参数变化而自动动作，使工作电路接通
第二章 电力拖动系统动力学PPT课件
m与G——旋转部分的质量(kg)和重量(N)
注意：运动方程式适用于单轴系统，因为速度量只有一个
将上式中的角速度Ω(Ω=2πn/60)化成为转速n，则有：
7
T
Tz
GD2 375
dn dt
(8-4)
GD2——飞轮惯量(N.m2)，GD2=4gJ。电动机转子及其他转动 部件的飞轮惯量GD2 数值由产品目录中查出。
电动机拖动的生产机械的旋转部分会出现多种形状(圆柱体 和非圆柱体)，需对常见形体的转动惯量作计算。
所有的旋转部分可分为两种情况：旋转轴线通过物体重心和 旋转轴线不通过重心。
(1) 旋转轴线通过该物体重心时，转动惯量公式为：
k
J ri2mi i 1
质量连续分布 J r2dm V
Δmi——该物体某个组成部分的质量 ri——该部分Δmi的重心到旋转轴的距离。对质量连续分布
20
传动图
'
等效折算图
21
四、工作机构直线运动质量的折算
系统中的重物作直线运动，需要把速度为vz(m/s)质量为mz (kg)的物体折算到电动机轴上, 用电动机轴上转动惯量JZ的 转动体来等效。
折算原则：转动惯量JZ中和质量mz中储存的动能相等，即：
JZ
2 2
GD2 = 4gJ = 4×9.8×16.933 N.m2 = 663.774 N.m2
14
第二节 工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算
◆实际拖动系统：轴往往有多根，不同的轴上有不同的转动 惯量和转速，以及不同的转矩和阻力距。
◆研究方法：列出每根轴的运动方程式，各轴间互相联系的 方程式，联系所有方程式。复杂
j = j1j2j3…
一般设备，电动机为高转速，工作机构轴为低速，则j>>1
电机与电力拖动第二章电力拖动系统的动力学基础
J
1
2
J
2 ...
2
Jz 2
Jd
J1
1 j2 1
J1
1 j2 j2 12
...
J
z
1 jz2
1
2
z
GD2 GDd2
GD2 1
j2 1
GD2 2
j2 j2 12
...GDz2 jz2
电机与电力拖动第二章电力拖动系 统的动力学基础
四、平移运动的转矩与飞轮矩的折算
1.转矩的折算
切削功率P Fv
4gmzv2
2n
60
2
365Gzv2 n2
其它轴上的飞轮矩的折算按旋转运动的方法 电机与电力拖动第二章电力拖动系 统的动力学基础
五、升降运动的转矩与飞轮矩的折算
GDd2
T
T GD2
电动机
GD12
z
电动机
等效负载 Tz
j1η1 1
滚筒
j2η2 GD22
mv 提升运动：电动机为电动状态
下降运动：电动电机机与电为力拖发动第电二章状电力态拖动系 统的动力学基础
刨刀
总质量mz
FV
折算前后功率不变T
z
Fv
c
T
zFcv
60Fv
c 2n
9.55 Fv
cn
T
电动机
n T 电动机
Jz 等效负载
Tz
电机与电力拖动第二章电力拖动系 统的动力学基础
四、平移运动的转矩与飞轮矩的折算
2.飞轮矩的折算
1 2
mzv2
1 2
J
z2
1 2
GDz2 4g
2n
60
2
电机与电力拖动基础教程第2章(4)
发电机输出的电功率
第2章 章
能量传递过程中总损耗
返 回 上 页 下 页
直流发电机功率流程图
P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+∑p
第2章 章
返 回
上 页
下 页
4.效率 效率
直流发电机的总损耗为Σp=pFe+pm+ps+pCua+pCuf，即： Σp=p0+pCu 效率为：
他励： 他励：I=Ia，与If无关
第2章 章
返 回 上 页 下 页
空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。 空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。
他励直流发电 机空载特性
实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的 实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据 数据中应包含额定点，电压可测取到U0=±（1.1~1.3）UN为止， 线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密 集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支 曲线，一般取平均值作为空载特性曲线 一般取平均值作为空载特性曲线，如图中虚线所示。另 一般取平均值作为空载特性曲线 外，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速 实验时一定要保持额定转速。 实验时一定要保持额定转速
第2章 章
返 回 上 页 下 页
曲线1为空载特性曲线，曲线 2、3、4为励磁回路特性曲线， 称场阻线 场阻线。 场阻线
U f = I f Rf
增大 Rf ，场阻线变为曲3(与 空载曲线相切)时， Rf 称为临 界电阻 R 。 cr 再增加励磁回路电阻，发 再增加励磁回路电阻， 电机将不能自励， 电机将不能自励，如B点。 点
第2章 章
能量传递过程中总损耗
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直流发电机功率流程图
P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+∑p
第2章 章
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4.效率 效率
直流发电机的总损耗为Σp=pFe+pm+ps+pCua+pCuf，即： Σp=p0+pCu 效率为：
他励： 他励：I=Ia，与If无关
第2章 章
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空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。 空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。
他励直流发电 机空载特性
实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的 实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据 数据中应包含额定点，电压可测取到U0=±（1.1~1.3）UN为止， 线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密 集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支 曲线，一般取平均值作为空载特性曲线 一般取平均值作为空载特性曲线，如图中虚线所示。另 一般取平均值作为空载特性曲线 外，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速 实验时一定要保持额定转速。 实验时一定要保持额定转速
第2章 章
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曲线1为空载特性曲线，曲线 2、3、4为励磁回路特性曲线， 称场阻线 场阻线。 场阻线
U f = I f Rf
增大 Rf ，场阻线变为曲3(与 空载曲线相切)时， Rf 称为临 界电阻 R 。 cr 再增加励磁回路电阻，发 再增加励磁回路电阻， 电机将不能自励， 电机将不能自励，如B点。 点
《电力拖动》课件
《电力拖动》PPT课件
本课程将介绍电力拖动的基本概念、应用场景、优缺点，以及设计和案例分 析。通过学习本课程，您将了解到电力拖动技术的发展和应用前景。
电力拖动概述
什么是电力拖动
电力拖动是一种利用电动机驱动机械设备运动的技术。它在各个行业中被广泛应用，提高了 生产效率和降低了能源消耗。
电力拖动的应用场景
设计考虑因素
在设计电力拖动系统时，需要考虑功率大小、操作环境和条件、以及设备的可靠性和安全性 等因素。
电力拖动案例分析
机床电力拖动系统
机床电力拖动系统在机床加工过程中提供了精 确的控制和高效率的运动。它广泛应用于汽车、 航天和船舶等行业。
汽车电力拖动系统
汽车电力拖动系统使汽车实现了更高的动力输 出和更低的能耗。它被应用于新能源汽车和智 能驾驶技术。
电力拖动控制器
电力拖动的控制器根据需要实 现快速启动、调速、定位等功 能。常见的控制器有PLC、变 频器等。
传动系统
传动系统将电动机的动力传输 到机械设备上。常见的传动系 统有齿轮传动、带传动和链传 动等。
电力拖动设计
电力拖动系统设计流程
电力拖动系统设计需要进行需求分析、方案设计、系统集成与测试、以及系统调试和维护等 多个步骤。
电力拖动广泛应用于机床、汽车、工业自动化等领域。它可以实现高精度、高效率的机械运 动控制，提高生产效率和产品质量。
电力拖动的优点和缺点
电力拖动的优点包括高效能、可调速、动力稳定；缺点包括设备价格高、用电符合标准等。
电力拖动系统
电动机
电力拖动使用各种类型的电动 机，如直流电机和交流电机， 根据应用需求选择合适的电动 机。
总结
1 电力拖动的未来发展趋势
电力拖动技术在工业自动化、交通运输等领域的应用将不断增加，为实现绿色和智能制 造提供支持。
本课程将介绍电力拖动的基本概念、应用场景、优缺点，以及设计和案例分 析。通过学习本课程，您将了解到电力拖动技术的发展和应用前景。
电力拖动概述
什么是电力拖动
电力拖动是一种利用电动机驱动机械设备运动的技术。它在各个行业中被广泛应用，提高了 生产效率和降低了能源消耗。
电力拖动的应用场景
设计考虑因素
在设计电力拖动系统时，需要考虑功率大小、操作环境和条件、以及设备的可靠性和安全性 等因素。
电力拖动案例分析
机床电力拖动系统
机床电力拖动系统在机床加工过程中提供了精 确的控制和高效率的运动。它广泛应用于汽车、 航天和船舶等行业。
汽车电力拖动系统
汽车电力拖动系统使汽车实现了更高的动力输 出和更低的能耗。它被应用于新能源汽车和智 能驾驶技术。
电力拖动控制器
电力拖动的控制器根据需要实 现快速启动、调速、定位等功 能。常见的控制器有PLC、变 频器等。
传动系统
传动系统将电动机的动力传输 到机械设备上。常见的传动系 统有齿轮传动、带传动和链传 动等。
电力拖动设计
电力拖动系统设计流程
电力拖动系统设计需要进行需求分析、方案设计、系统集成与测试、以及系统调试和维护等 多个步骤。
电力拖动广泛应用于机床、汽车、工业自动化等领域。它可以实现高精度、高效率的机械运 动控制，提高生产效率和产品质量。
电力拖动的优点和缺点
电力拖动的优点包括高效能、可调速、动力稳定；缺点包括设备价格高、用电符合标准等。
电力拖动系统
电动机
电力拖动使用各种类型的电动 机，如直流电机和交流电机， 根据应用需求选择合适的电动 机。
总结
1 电力拖动的未来发展趋势
电力拖动技术在工业自动化、交通运输等领域的应用将不断增加，为实现绿色和智能制 造提供支持。
电机与电力拖动基础(全)
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：
电枢反应为交轴电枢反应。 电机合成磁场Bδx= B0x+Bax
正方向规定：磁力线进入转子 为负,出来为正.
n
n
n
m
⊕N ⊙ ⊙ S ⊕
所以,主磁极磁通密度在N极 下为负,在S极下为正. 可知:磁场波形发生了畸变.
(1)发电机:前极尖增磁,后极 尖去磁.
⊕⊙⊙⊙ ⊙⊙⊙ ⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊙
发电机 物 几
电动机
理何
中中
线线
B0x
(2)电动机:前极尖去磁,后极
尖增磁.
如不考虑磁路饱和,则增去磁量相等
Bax
总磁通量不变. (3)物理中线移到m-m
n Bδx m n
n
当磁路饱和时因磁势和磁通密度之间不再成线性关系 在磁场相加的区域磁密下降.所以交轴电枢反应总有一些 去磁作用.
三、电机上偏离几何中性线时的电枢反应
电枢磁势分为两部分：交轴磁势和顺轴磁势。_
Fa = Faq + Fad
当发电机顺旋转方向移动电刷或电动机逆移时顺轴电势
Fad去磁，反之顺轴电势助磁。
N
右图为发电机电刷 顺移或电动机电刷逆 移后的电枢反应。
A
nf B
⊙⊙⊙⊕⊕⊙⊕⊙Fa⊕⊙dF⊕aF⊙q⊕a⊙⊕⊕
电机拖动基础第2章直流电机电力拖动
TN 1>2
T
23
第2章 直流电机
3. 降低电枢端电压U U 研究条件： , N , R Ra
n
U1>U2 UN U1
Ra U n Tem n0 Tem n’0 2 Ce N CeCT N
与固有机械特性比较，特点是
n0 nN
n1 n’’0 n2
U2
①理想空载转速n0减小。 ②与固有机械特性相比，转速降 0 TN T n未变，斜率β未变，机械特性与 固有机械特性平行，属硬特性。 ③降低电枢电压主要用于电动机的起动和调速，并能保 持机械特性硬度不变。
28
第2章 直流电机
2.2.5 电力拖动系统稳定运行的条件
负载转矩特性和电动机的机械特性要有一定的配合，电力 拖动系统才能稳定运行。
n n0
a
GD 2 dn Tem TL 375 dt 稳定运行: 工作点在交点上 Tem－TL = 0，n = 常数 过渡过程: 工作点动态变化 Tem－TL ＞ 0 ，Tem－TL ＜ 0
U
R R
n0 nN n1 n2
Ra Ra+Rad1 Ra+Rad2 Rad2>Rad1
0
TN
T 21ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第2章 直流电机
与固有机械特性比较，特点是：
①理想空载转速n0未变，与固有机械特性相同。 ②与固有机械特性相比，由于电枢回路串入电 阻，斜率变大，机械特性变软。 ③电枢回路串接电阻主要用于电动机的起动 和调速。
m：系统转动部分的质量(kg) G：系统转动部分的重量(N)
：系统转动部分的转动半径(m) D ：系统转动部分的转动直径(m) g ：重力加速度(9.8m/s2)
第二章 电力拖动系统的动力学基础
工作机构转轴的飞轮矩
1 2 GD f 4g
2
GD f
2
，动能为
)
2
(
2n f 60
折合到电机转轴上后的飞轮矩 动能 2 1 GDF 2n
( 2 4g
2 GDF
GDF
2
，其
)
2
60
化简后得到
GD f j
2
2
工作机构转轴上有转速 nb 的轴，其飞轮矩 2 为 GDb ，动能为
1 2 GDb 4g
损耗有：
TF
GR j
T 1 )
GR j
(
GRห้องสมุดไป่ตู้j
(2
GR j
重物下放时传动机构效率为： 2
1
电机轴上电磁转矩为T 、折算后负载转矩 为 GR 、传动机构损耗为 T 。
j
忽略空载转矩，三者关系有：
提升重物时电机负担 T ，则
TF GR j
提升重物
T
电机轴上电磁转矩为T 、折 算后负载转矩为 GR 、
j
传动机构损耗为 T 。
忽略空载转矩，三者关系有：
重物下放时负载负担 T，则：
TF
GR j
T
下放重物
2.3 负载转矩特性与电力拖动系统稳定运行条件
生产机械运行常用负载转矩标志其负载的大 小。不同的生产机械的转矩随转速变化规律不同， 用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速n与 n f (TL ) 负载转矩TL之间的关系 。 各种生产机械特性大致可归纳为以下3类。
结论：若两条特性曲线有交点（必要条件），且在工 作点上满足 在T
TL 处
1 2 GD f 4g
2
GD f
2
，动能为
)
2
(
2n f 60
折合到电机转轴上后的飞轮矩 动能 2 1 GDF 2n
( 2 4g
2 GDF
GDF
2
，其
)
2
60
化简后得到
GD f j
2
2
工作机构转轴上有转速 nb 的轴，其飞轮矩 2 为 GDb ，动能为
1 2 GDb 4g
损耗有：
TF
GR j
T 1 )
GR j
(
GRห้องสมุดไป่ตู้j
(2
GR j
重物下放时传动机构效率为： 2
1
电机轴上电磁转矩为T 、折算后负载转矩 为 GR 、传动机构损耗为 T 。
j
忽略空载转矩，三者关系有：
提升重物时电机负担 T ，则
TF GR j
提升重物
T
电机轴上电磁转矩为T 、折 算后负载转矩为 GR 、
j
传动机构损耗为 T 。
忽略空载转矩，三者关系有：
重物下放时负载负担 T，则：
TF
GR j
T
下放重物
2.3 负载转矩特性与电力拖动系统稳定运行条件
生产机械运行常用负载转矩标志其负载的大 小。不同的生产机械的转矩随转速变化规律不同， 用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速n与 n f (TL ) 负载转矩TL之间的关系 。 各种生产机械特性大致可归纳为以下3类。
结论：若两条特性曲线有交点（必要条件），且在工 作点上满足 在T
TL 处
电机与电力拖动基础教程第2章(1)
机电能量关系
直流电机（dc machines）是将机械能转换为直流 电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。
把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机
(dc generators )。
把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机
(dc motor )。
第2章
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2.1.1 直流发电机的基本工作原理
第2章
下页
本章重点
直流电机工作原理，直流电机的组成及各部件 的作用，铭牌数据意义 电枢反应、换向的概念，电枢电势、电磁转矩 物理意义及计算方法。
直流发电机电势、功率和转矩平衡方程式及计 算，运行特性分析。
直流电动机电势、功率和转矩平衡方程式及计 算，工作特性。
第2章
下页
2.1 直流电机的基本工作原理
第2章
直流电机主磁极 （a）主磁极铁芯； （b）主磁极装 配图
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换向极
作用是改善直流电机的换向，位于相邻主磁极间的几何中心线 上，其几何尺寸明显比主磁极小。换向磁极由铁芯和套在铁芯 上的换向极绕组组成，铁芯常用整块钢或厚钢板制成，其绕组 一般用扁铜线绕成，绕组匝数不多，与电枢绕组串联。换向极 的极数一般与主磁极的极数相同。
直流电机运行时，若各个物理量都与它的额定值一样， 就称为额定运行状态或额定工况。在额定状态下，电机能可 靠地工作，并具有良好的性能。
但实际应用中，电机不总是运行在额定状态。如果流过电 机的电流小于额定电流，称为欠载运行，长期欠载，电机没 有得到充分利用，效率降低，不经济。超过额定电流，称为 过载运行。长期过载有可能因过热而损坏电机。
直流发电机的工作原理是建立在电磁感应定律 基础上的。 （下面用简单直流电机模型来说明工作原理）
直流电机（dc machines）是将机械能转换为直流 电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。
把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机
(dc generators )。
把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机
(dc motor )。
第2章
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2.1.1 直流发电机的基本工作原理
第2章
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本章重点
直流电机工作原理，直流电机的组成及各部件 的作用，铭牌数据意义 电枢反应、换向的概念，电枢电势、电磁转矩 物理意义及计算方法。
直流发电机电势、功率和转矩平衡方程式及计 算，运行特性分析。
直流电动机电势、功率和转矩平衡方程式及计 算，工作特性。
第2章
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2.1 直流电机的基本工作原理
第2章
直流电机主磁极 （a）主磁极铁芯； （b）主磁极装 配图
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换向极
作用是改善直流电机的换向，位于相邻主磁极间的几何中心线 上，其几何尺寸明显比主磁极小。换向磁极由铁芯和套在铁芯 上的换向极绕组组成，铁芯常用整块钢或厚钢板制成，其绕组 一般用扁铜线绕成，绕组匝数不多，与电枢绕组串联。换向极 的极数一般与主磁极的极数相同。
直流电机运行时，若各个物理量都与它的额定值一样， 就称为额定运行状态或额定工况。在额定状态下，电机能可 靠地工作，并具有良好的性能。
但实际应用中，电机不总是运行在额定状态。如果流过电 机的电流小于额定电流，称为欠载运行，长期欠载，电机没 有得到充分利用，效率降低，不经济。超过额定电流，称为 过载运行。长期过载有可能因过热而损坏电机。
直流发电机的工作原理是建立在电磁感应定律 基础上的。 （下面用简单直流电机模型来说明工作原理）
第2章 电力拖动系统的动力学基础.
第2章电力拖动系统的动力学基础2.1概述在生产实践中广泛采用电动机作为原动机拖动生产机械运转，以完成一定的生产任务。
这种以电动机作为原动机拖动生产机械运动的拖动方式称为“电力拖动”。
一般情况下，电力拖动系统是由电动机、控制设备、传动机构、电源及工作机构等五个组成部分，如图2-1所示。
电动机作为原动机，通过传动机构拖动生产机械完成某一生产任务。
传动机构主要用于电动机和生产机械之间传递功率和转矩，变换运动速度及形式。
控制设备是由各种控制电器、工业控制计算机、可编程控制器等组成，用以控制电动机的运行，从而对工作机构的运动实现自动控制。
电源部分向电动机及一些电气控制设备供电。
图2-1电力拖动系统示意图在研究电力拖动系统的运动规律时，一般情况下不考虑电力拖动系统中所用的电动机的种类以及生产机械的性质，而是把电动机、传动机构和生产机械看作是一个运动着的整体进行分析、研究，找出它们所遵循的统一的运动规律，建立电力拖动系统的运动方程。
2.2电力拖动系统的运动方程式2.2.1单轴拖动系统的运动方程式所谓单轴拖动系统是指电动机输出轴直接拖动生产机械运转的系统。
此时电动机、传动机构、机械负载等所有的运动部件均以同一转速运动。
这种单轴拖动系统是电力拖动系统中最基本的一种。
它是研究复杂电力拖动系统的基础。
单轴拖动系统又分为两种形式，一种形式是单轴旋转拖动系统，另一种形式是单轴直线运动的拖动系统。
下面分别研究这两种简单电力拖动系统的运动方程式。
1. 单轴直线运动拖动系统的运动方程式根据牛顿第二定律，在电力拖动系统中如果生产机械做直线运动，作用在电动机轴上的电动力F 与阻力L F 以及速度变化时产生的惯性力ma 之间的关系遵循下列基本运动方程式。
ma F F L =-式中，F —拖动力，单位为N ；L F —阻力，单位为N ；m —物体的质量，单位为kg ； a —物体的加速度，单位为2/s m ；上式也可写成dtdvmF F L =- （2-1） 式中，dtdvm是惯性力，如果质量m 的单位为kg ，速度v 的单位为s m /，时间t 的单位为s ，则惯性力的单位与F 及L F 的单位相同，为N 。