注册电气工程师考试辅导电气传动p

注册电气工程师执业资格考试专业考试部分（供配电）17.电气传动17.电动机与电气传动（考试大纲）17．1熟悉电气传动系统的组成及分类17．2了解电动机的选择17．3掌握交、直流电动机的起动方式及起动校验17．4掌握交、直流电动机调速技术17．5掌握交、直流电动机的电气制动方式及计算方法17．6掌握电动机保护配置及计算方法17．7熟悉低压电动机控制电器的选择17．8了解电动机调速系统性能指标17．9了解传动系统动态指标的运用17．10了解调节理论在电气传动工程中的运用17．11熟悉PLC的组成及工作原理17.电动机与电气传动17．1电气传动系统的组成及分类17．1．1电气传动系统的组成电气传动控制系统通常由电动机、电源装置和信息、控制装置等几部分组成。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17．1．2电气传动的分类与比较（1）按是否调速来分类：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15％～20％。电气传动不调速调速机械机电电气直流交流（2）按照电动机的不同类型来划分:（并励）•电机放大器及交磁放大器控制•电器控制（继电控制装置）•电子控制装置（微处理器）（3）按照电气传动系统使用的控制器件分类:17电气传动(P369)17.1电气传动系统的组成及分类(P369)（4）按电源装置分类母线供电装置交流母线直流母线分类机组变流装置直流发电机组变频机组整流装置变流种类交流调压装置电力电子变流装置变频装置使用器件普通晶闸管新型自关断器件17．2电动机的选择17．2．1选择电动机的原则（1）从供电电网的质量、电机工作制表17-2-1、机械特性表17-2-2、起制动特性、调速性能、控制特性等几个方面综合考虑，选择适当类型的电动机及其控制方式。（2）额定功率要满足负载需要，但不宜过大。过大会使投资增高，而且会造成轻载运行时损耗大、效率低、功率因数低、起动时冲击大等一系列问题。电动机额定电压与容量范围见表17—2-3（4）（3）根据温升和使用环境，选择合适的通风方式、结构型式和防护等级。17．2．1选择电动机的原则（4）按照现场使用状况和被传动机械的要求，选择结构和安装方式，与传动机械的连接方式，传动机构有无振动和冲击以及安装基础的牢固程度等。（5）尽量选用可靠性高、互换性好、维护方便，且有标准定额的电动机。（6）综合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、功率因数和电费以及全部设备的年维修费用等因素加以选择。17．2电动机的选择17.2.1选择电动机的步骤框图选择电机的步骤（发热校核是主线）17．2．2选择电动机的具体步骤1.电动机类型的选择（1）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、通风及防护类型均有不同的要求。其中：①IP的分级及定义详见表17-2-5~表17-2-8②冷却介质与方式见表17-2-7（8）、表17-2-9防护类型、温升与绝缘见表17-2-11（12）17．2电动机的选择例题：IP23防滴式第一位数字能防止手或长度不超过80mm的物件触及机壳内带电或转动部件，能防止直径大于12mm的固体异物进入机内YR系列电机第二位数字与垂直或60º以内的任一角度的洒水应无有害影响IP44封闭式第一位数字能防止直径或厚度大于1mm的工具或导线触及机内带电或转动部件，能防止直径大于1mm的固体异物进入机内Y系列电机第二位数字任何方向的溅水应无有害影响IP54防尘封闭式第一位数字能防止触及或接近机内带电或转动部件，不完全防止尘埃进入，但进入量不足于影响电机的正常运行Y2系列电机第二位数字任何方向的溅水应无有害影响IP55防尘水封闭式第一位数字同IP54第一位数字YB系列电机第二位数字防喷水，任何方向的喷水应无有害影响（2）根据负载性质选择电动机的类型17．2电动机的选择（3）直流与交流电动机的比较（自学）（4）交流电动机的选择1）普通励磁同步电机优点：①电机功率因数高，②用于变频传动时，电机功率因数等于“1”，使变频装置容量最小，变频器输入功率因数改善；③效率比异步电机的高；④气隙比异步电机的大，大容量电机制造容易。缺点：①需附加励磁装置；②变频调速控制系统比异步电动机的复杂；应用场合：①大功率不调速传动；②600r／min以下大功率较低速的交一交变频传动，例如轧机、卷扬、船舶驱动、水泥磨机等。17．2电动机的选择2）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。17．2电动机的选择3）无换向器电机a.特点：①输入电流为120°方波，导致转矩脉动及低速性能差；②电路设计时需计及谐波电流带来的附加损耗；③要求变频器容量及励磁电流较大；电机过载能力差（1．5～2），电机短粗，GD2大。④无转速和频率上限。b.应用场合：①大中功率用于负载平稳、过载不多的场合，例如风机、泵等（如空调），一般600r／min以上；②小功率常与PWM变频器配合，用于性能一般的伺服系统。17．2电动机的选择4）异步电动机a.特点：①笼型电动机结构简单，制造容易，价格便宜；②绕线转子电动机可以通过在转子回路中串电阻、频敏电阻或通过双馈改变电机特性，改善起动性能或实现调速；③功率因数及效率低。在采用变频调速时加大变频器容量；④气隙小，大功率电机制造困难，⑤调速控制系统比同步电动机的简单。b.应用场合①2000～3000kW以下、不调速、操作不频繁场合，宜用笼型电动机；②2000～3000kw以下、不调速，但要求起动力矩大或操作较频繁场合，宜用绕线转子电动机；③环境恶劣场合宜用笼型电动机；④2000～3000kW以下的交流调速系统。17．2电动机的选择5）磁阻电机是一种与小功率笼型电动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。17．2电动机的选择（5）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.电动机转速的选择应从技术指标及经济指标全面考虑。17．2电动机的选择3.电动机功率、转矩的选择（按工作制的容量校验）（1）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选择电动机的额定功率PN略大于折算到电动机轴上的负载功率PL式中TL——折算到电动机轴上的静负载转矩（N·m）；nN——电动机的额定转速（r／min）当负载转矩恒定，需从基速向上调速时，其额定功率应按要求的最高工作转速nmax计算：17．2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（N·m）；KS—保证起动时有足够加速转矩的系数,一般取KS=1.15～1.25；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=0.85（注意平方关系）17．2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（N·m2）GD02——包括电动机在内的整个传动系统允许的最大飞轮力矩（N·m2），由电机资料中查取；GDM2——电动机转子的飞轮力矩（N·m2）；Tsav——电动机的平均起动转矩（N·m17．2电动机的选择（2）短时工作制下电动机的容量校验式中PLmax—短时负载功率的最大值（kW）；λ—电动机允许的转矩过载倍数（3）变动负载连续周期工作制下电动机的容量校验1）发热校验变动负载连续周期工作制下电动机的功率计算，可先按等效（方均根）转矩或等效电流法，计算出一个周期T内的等效转矩Trms或等效电流Irms。选取额定转矩TN≥Trms或额定电流IN＞Irms。17．2电动机的选择式中：T1～Tn—各分段时间内的转矩值（N·m）；I1～In——各分段时间内的电流值（A）；T—一个周期的总时间（s），当负载波形不是矩形，则应将每一个相应的时间间隔内的转矩或电流值换算成等效平均值后，同样可用上面两式计算Trms或Irms。a）矩形负载b)梯形或三角形负载17．2电动机的选择等效电流法：负载转矩曲线转换成电流曲线a.以阶梯形曲线替代负荷电流曲线电动机按发热条件校验通过CnnMSMTtItItII2222121msMNIIb.以三角形和斜梯形曲线替代负荷电流曲线对应t1(三角形)电流等效平均值3211IMSI对应t3(斜梯形)电流等效平均值32221213IIIIMSI对应t2电流等效平均值12IIMS电动机等效电流cnnMTtItItItIImsmsmsmsms2323222121msMNII电动机按发热条件校验通过。等效转矩法：由负荷转矩曲线把上面两个图中的I1、I2·····改成转矩T1、T2·····求出等效转矩CnndxdxMSMTtMtMM2121msMNMT通过发热校验（17－2－6）2）校验最大过载转矩按Trms或Irms选取电动机的额定功率以后，还要用最大负载转矩TLmax校验电动机的过载能力。式中：Ku——电网电压波动系数，一般对于同步电动机，Ku=0.85；对于异步电动机，Ku=0.72；对于直流电动机，Ku=1.0；λ—转矩过载倍数0.9：考虑计算误差和参数波动而取的安全系数17．2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17．2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，对于上图所示的负载图，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：（分区加权）17．2电动机的选择b）选用连续定额电动机时Cα——起制动过程中电动机散热恶化系数，Cα=（l＋Cβ）／2；Cβ——停止时电动机散热恶化系数。∑t0——一个周期中停歇时间的总和（s）；17．2电动机的选择17．3交、直流电动机的起动方式及起动校验(掌握)17．3．1交流电动机的起动（表17-3-1）1.全压起动（直接起动）（表17-3-3~17-3-4）⒈端子电压保证机械要求的起动转矩，引起的电压波动不妨碍其它用电设备工作。⒉交流电动机起动时，配电母线电压要符合：①电动机频敏变压器起动时，不低于额定电压的90％；电动机不频繁起动时，不低于额定电压的85％②配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，且电动机不频繁起动时，不应低于额定电压的80％③对于低压电动机应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。2.减压起动（1）绕线转子异步电动机转子串电阻分级起动17．3交、直流电动机的起动方式及起动校验（2）绕线转子异步电动机转子串频敏变阻器起动起动时：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，从而起到启动初期减小起动电流并得到起动转矩近似恒定的起动特性。12sff100nnns12ff17．3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起动转矩大的场合