电力拖动系统方案与电动机选择

对于异步电动机，可以采用变频调速、变极调速和改变转差率调 速。其中，转差率的改变可以通过改变定子电压、转子电阻、在转 子绕组上施加转差频率的外加电压（如双馈调速与串级调速）等方 法来实现。 从调速性质来看：变频调速与Y/YY变极调速属于恒转矩调速，适 应于恒转矩负载；而Δ/YY变极调速则属于恒功率调速，适应于恒功 率负载。改变转差率调速则视具体调速方式有所不同，其中，改变 定子电压的调速方式既非恒转矩也非恒功率调速，而转子串电阻的 7 调速则属于恒转矩调速，双馈调速则属于恒转矩调速。
内容简介
电力拖动系统的方案选择； 电动机的选择： 电动机内部的发热与冷却规律;
电动机的工作制;
各种工作方式下电动机额定功率的选取。
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13.1 电力拖动系统的方案选择
电力拖动系统是由电动机、供电电源、控制设备以及生产机械组 成。因此，在电力拖动系统基本方案选择时，应该重点考虑如下几 个方面的问题： 电力拖动系统供电电源的考虑； 电动机的选择； 电动机与生产机械负载配合的稳定性考虑； 调速方案的选择； 电力系统的起、制动方法、正、反转方案的选择； 经济指标的考虑，主要包括电网功率因数的考虑、调速方案的 选择以及电网污染的考虑； 电力拖动系统控制策略的选择； 可靠性的考虑。
2 GD dn 判断稳定性，要根据： Tem TL 375 dt
一般电力拖动系统,稳定运行的条件: 1.电机机械特性和负载转矩特性有交点; 2.两条特性曲线交点处,满足:
Tem n TL n A n
nA
其物理意义：若电机机械特性与负载转矩特性交点附近转速有 所升高，则电磁转矩的增加必须小于负载转矩的增加。这样， 系统的转速才可能有所下降，最终回到原来稳定运行点。
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13.1.1 电力拖动系统供电电源的考虑
电力拖动系统的供电电源可分为三大类： 交流工频50Hz电源； 独立变流机组电源； 电力电子变流器电源。 由电力电子器件组成的整流器(直流电源), 变频器, 交流调压器(交流电源) 逆变器
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13.1.2、电力拖动系统稳定性的考虑
电机与所拖动的负载只有合理配合，才能确保电力拖动系统稳定 运行。借助于电动机所提供的机械特性和生产机械的负载转矩特性 便可以对电力拖动系统的稳定运行情况进行判别。
单独U1下降→n下降→E下降 单独Ra增加→n下降→E下降
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他励直流电动机弱磁调速属于恒功率调速性质，因而适应于恒 功率负载。
Te T 2n Te n e P不变 1000 1000 60 9550
Ce n E不变 I a不变
CT I a Te
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图13.1给出了由各种电动机组成的电力拖动系统的机械特性与恒 转矩负载特性，旨在对电力拖动系统的稳定性进行判别。
1—他励直流电机机械特性， P1点不会稳定运行；可采用串 n 励绕组补偿电枢反映的影响。 n0 2—异步电机的机械特性，P3 点也是不稳定运行点，且由于 P3点的TL大于TSt,拖动系统无 法起动。可以选择深槽转子或 双鼠笼转子异步电机，或选绕 线式异步电机，转子串电阻， 达到提高起动转矩，改变机械 特性的目的。 P2点是稳定运行点，且可顺利 起动。
GD 2 dn Tem TL 375 dt
（13-4）
利用上式便可得到电动机起、制动或调速过程所需要的时间表达式 为： n2 GD2 （13-5） t dn 10 375(Tem TL ) n1
n2 GD2 t dn n 375(Tem TL ) 1
Tem
GD 2 dn TL 375 dt
结论： 2 T / GD 若希望缩短起、制动过程，应使 em 尽可能大。这是选 择电动机的一个重要依据。 从运行的平稳性上看，则希望电动机的惯量与负载惯量相匹配， 亦即电动机的惯量要超过负载的惯量，即：
[GD2 ]M [GD2 ]L
13.1.4、起、制动和正、反转与相应方案的选择
电力拖动系统的过渡过程包括起/性、生产率的提高、损耗的降低、可靠 性的保证等密切相关。 a、起动 电力拖动系统对起动过程的基本要求是： 电动机的起动转矩必须大于负载转矩； 起动电流要有一定限制，以免影响周围设备的正常运行。
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a、起动 对于鼠笼式异步机，其起动性能较差。容量越大，起动转矩倍数 越低，起动越困难。若普通鼠笼式异步电动机不能满足起动要求， 则可考虑采用深槽转子或双鼠笼转子异步机。若起动能力不能满足 要求，可考虑采用软起动或变频起动。 直流电动机与绕线式异步电动机的起动转矩和起动电流是可调的， 仅需考虑起动过程的快速性。而同步电动机的起动和牵入同步则较 为复杂，通常仅适用于功率较大的机械负载。 对于同步电动机，可以采用变频、辅助电动机或自耦调压器起动。 b、制动 制动方法的选择主要应从制动时间、制动实现的难易程度以及经 济性等几个方面来考虑。 对于交、直流电动机（串励直流电动机除外），均可考虑采用反 9 接、能耗和回馈三种制动方案。
c、反转 对拖动系统反转的要求是：不仅能够实现反转，而且正、反转之 间的切换应当平稳、连续。 一般来讲，直流电动机比交流电动机优越。但随着电力电子变流 器技术的发展，交流电机包括无刷直流电动机、开关磁阻电动机等 均可实现正、反转之间的平滑切换。 d、平稳性与快速性 根据第3章，电力拖动系统的动力学方程式可表示为：
3 P 2 P 3 O
1
P 1
2
Tst TL
图13.1 电力拖动系统电动机机 械特性与负载转矩特性的配合
Tem
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13.1.3、调速方案的选择
电动机的机械特性决定了拖动系统的调速方式，而且每一种调速 方式又具有不同的调速性质。电动机的调速特性应与负载的转矩特 性相一致，才能使电动机的功率得到充分利用。 对于他励直流电动机，可以采用电枢回路串电阻调速、电枢调 压调速以及弱磁调速。 从调速性质来看：电枢回路串电阻调速与电枢调压调速属于恒 转矩调速性质，因而适应于恒转矩负载；