武汉港迪自动化公司 一.港口电气传动基础 在现代港口的装卸作业中，大量的港 口机械是由电动机拖动运转的。电动 机的运行总是和其各个机构联系在一 起 ，电动机和工作机构两者之间的 机械传动构成了一个机电运动的整体 ，称为电气传动系统。现对港口电气 传动介绍如下 第一章 电气传动： 第一节 电动机的分类 第二节 异步电动机的结构及等效电路 第三节 电力拖动系统的组成 第四节 负载的类型及运行特点 第一节 电动机的分类。 电动机 直流电动机 他励磁 可调性好 并励磁 特性可调 复励磁 由他励磁、并励磁组成。 串励磁 用于电机车等。 交流电动机 同步电动机 异步电动机 笼型电动机 普通型 深槽型 多速变极型 绕线型电机 提刷式 不提刷式 。 第二节 异步电动机的结构及等效电路 一、异步电动机的结构 二、异步电动机的型号、额定值 三、异步电动机的运行原理 四、异步电动机的功率及转矩 一、异步电动机的结构 异步电动机由定子、转子及其他附件组成。 (一)定子 由定于铁心和三相绕组构成，其中三相绕组在空间上互差23电角 度，且均匀地安放在定子铁心的槽内。三相绕组按适当方式(Y或)连 接后与三相电源相接，从电源吸收电功率。 (二)转子 主要由转子铁心、转子绕组构成，是电动机输出机械能、带动负载 旋转的部分。其中，转子绕组自行闭合，不与电源相接；转子的功率 是由定子吸收的电功率经电磁感应而得来的。 根据转子绕组的形式不同，异步电动机又可以分为笼型和绕线转子 两种，笼型转子结构见图l2。 第二节异步电机的结构及等效电路 由图知，笼型转子绕组由铜条 或铝条构成，其端部用导体环连 接成闭合回路。而绕线转子绕组 是将三相对称转子绕组接成Y， 三相绕组的端点 分别与三个集电环相连，集电 环再通过电刷和外接电阻连接闭 合，用来改善三相异步电动机的 起动性能和调速性能。 变频调速的对象绝大多数是笼型电动机 ，如果对于某些绕线转子电动机也要进 行变频调速的话，可以将转子三相绕组 短接，为避免电刷与集电环之间因接触 不良而引起的故障，一般在集电环之前 将它们短接，如图13所示。 二、异步电动机的型号、额定值 每台异步电动机在其机座上都有一块铭牌，铭牌上标有电动机的型号、 额定值、工作制等，如表11所示。 1.型号：由字母或数字组成，用来表示电动机的种类、规格和用途等。如： 普通笼型异步电动机：Y1产品代号，表示异步电动机 112M-2规格代 号，表示中心高112mm，中机座，两极电机、 变频调速专用电动机：为了适应变 频驱动系统的需要，许多厂家还生产了不同型号、不同类型的变频调速专用电动 机。如上海众华特种电机厂生产的YVT315M14就是其中的一种。 2.额定值 额定值是指在保证电动机设计寿命的前提下，能够长期、安全、稳定运行时，电动机能 承受的最大值。 电动机铭牌上的额定值主要包括： 额定电压UN：指电动机在额定情况下运行时，外加于定子绕组上的线电压。 额定频率fN：我国交流电源的频率是50Hz，所以国产电动机的fN均为50Hz。 额定功率PN：是指在额定电压、额定频率下运行时，电动机轴上能够长期、安全、稳定 输出的最大机械功率。 额定电流IN：是指在额定电压、额定频率下运行时，电动机定子绕 组中能够长期、安全、连续通过的最大线电流。 额定转矩TN：该值在电动机的名牌上没有数据，但却是一个非常 重要的参数，它是指在额定电压、额定频率下运行时， 电动机能够 长期、安全、稳定输出的最大转矩。 三相异步电动机的额定功率与其他额定数据之间有如下关系： 式中 额定功率因数 额定效率 电动机的额定值户PN、TN表明了电动机带负载的能力，额定值越 大允许电动机带的负载也越大。当所带负载小于额定值时，对电动 机的运行影响不大，只是电动机的能力没有得到充分发挥，这就是 欠载。如果电动机实际所带的负载超过额定值，电动机仍然可以运 行，但由于超过了其正常的带负载能力，电动机的发热加剧，允许 行的时间会大大缩短，还会影响到电动机的寿命，这就是过载。不管是 过载还是欠载，都是电动机的一种运行状态，从充分发挥电动机的能力出 发，电动机工作在其额定值附近是比较理想的。 3变频后有效输出值 当频率调节到fx时，电动机的外加电压也会发生改变，此时的电动机已不 是在额定情况下运行，也就不能再用额定功率PN和额定转矩TN等额定值来 衡量电动机的带负载能力，我们将电动机在任意频率人下能够长期、安全 、稳定输出的功率和转矩称做有效功率和有效转矩。在变频调速中，是用 有效输出值这个概念来衡量电动机的带负载能力的。在fx频率下，如果电动 机实际所带的负载超过了有效输出值，电动机就处于过载的工作状态。 三、异步电动机的运行原理 (一)异步电动机的旋转原理 1.旋转磁场 在空间上互差23电角度的三相定子绕组U1U2、V1V2、W1W2中 通人在时间上互差23相位角的三相交变电流 iu iv iw。后，它们合成的磁 场是一个旋转磁场，如图14所示。 磁场旋转 的转速(即同步转速 )n0可用下式表示 式中 f 1 电流的频率； P 旋转磁场的磁极对 数。 如果频率调节成fx ，则同步转速n0 x 。也随之调节成 ： 这是变频调速的基本原理。 这是变频调速的基本原理。 这是变频调速的基本原理。 这是变频调速的基 本原理。 2异步电动机的旋转 在图15中，转子绕组切割旋转磁场，可以看作是磁场静 止，转子绕组向反方向旋转切割磁力线，由右手定则可判 断转子绕组中的电流方向。载流的转子绕组在磁场中受到 电磁力的作用，形成电磁转矩T，根据左手定则可判断了 的方向(见图15)。在了的作用下转子“跟着”定子的旋转 磁场旋转起来。 3转差率 由于转子绕组和旋转磁场之 间必须要有相对运动，转子绕 组才能切割磁力线，才能有感 应电流产生，进而产生电磁转 矩。 因此转子转速n与旋转磁场转 速n0之间一定存在着一个差值， 我们把这个差值叫转差，用n表示，即 n = n0n 转差n0n的存在是异步电动机运行的必要条件。如果频率调节成 fx，则转差n可用下式表示： nx= n0 xnx (1-2) 式中nx频率fx 时的比值为转速。 转差n0n同步转速n0的比值称为转差率， 用s表示，即 转差率的大小同样也能反映转子转速和电动机的工作状态。由上 式可知： 电动机在额定状态时，转子转速n通常与n0相差不大，因此额 定转差率一般都比较小，其范围sN001005之间。 转差率s是异步电动机的一个基本参数，它对电动机的运行 有着极大的影响，其值越大，转差也越大，转子绕组切割磁 力线的速度也越大。转子绕组中的感应电动势E2S、感应电流 I2S和频率f2都会增加，转子产生的电磁转矩了也会增加。因 此，转子绕组中的E2S、I2S及它们的频率f2，电磁转矩T的大小 ，在一定的范围内随s的增加而增大(转子回路的有些参数带 有下标，表示该参数的大小与转速有关)。 (二)异步电动机的等效电路 1.等效电路 异步电动机的转子能量是通过电磁感应而得到的。定子和 转子之间在电路上没有任何联 其电路可用图16来表示。 定子的相电压； 定子的相电流； r1 、 x1 定子每相绕组的电阻 和漏抗(漏磁感抗)； x2S分别为转子电路中产生的 电动势、电流、漏电抗； 每 相定子绕组的反电动势，它是定子绕组切割 旋转磁场而产生的，其有效值可计算如下： (1-3) 式中KN1与绕组结构有关有常数； N1每相定子绕组的匝数。 由电动机的基础知识可知：转子回路的频率f2=s f1与转差 率成正比，所以转子回路中的各电量也都与转差率成正比。 为了方便定量分析定、转子之间的各种数量关，应将定子 、转子回路的频率、绕组、匝数不同，故必须进行折算，折 算后，异步电动机的等效电路如图17所示。 图中 rm 励磁电阻，是表征异步电动机铁心损耗的等效电阻： xm励磁电抗，是表征铁心磁化能力的一个参数； I0励磁电流； RL机械负载的等效电阻， 在上消耗的功率就相当于异步电动 机输出的机械功率； I2 , E 2 r 2 x 2 等参数经过折算后的转子参数。 2平衡方程式 从图17中可以很方便地得到异步电动机在运行过程中的关系式： (1) 定子侧的电动势平衡方程式 U1=E1+I(r1+jx1) （1-4） 由于E1和I(r1+jx1)用来平衡电源电压U1，而在额定频率下I(r1+jx1)占的比 例很小，可忽略，所以电压和电动势的有效值近似相等： (2)转子电动势平衡方程 E2=I2RL+I2R2JI2X2（1-5） 如果将上式乘以E2I2，为通过气隙传送到转子上的电磁功率I22RL，为转 子轴上输出的总机械功率，I22r2为转子铜耗，由于转子铜耗所占的比例很小 ，所以转子的功率绝大部分都转换成了机械功率。 (1 (3)