《电力拖动》知识重点教学内容.docx

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《电力拖动》知识重点教学内容

《电力拖动》知识重点

（P1）

根据电动机的分类，电力拖动分为交流拖动系统和直流拖动系统。

用交流异步电动机和交流同步电动机拖动生产机械的系统称为交流拖动系统；以直流电动机拖动生产机械的系统称为直流拖动系统。

根据系统中电动机的数量，电力拖动又分为单机拖动系统和多机拖动系统。

单机拖动系统结构简单，应用较广；多机拖动常用于大功率和有特殊控制要求的系统中。

什么是电力拖动？

电力拖动系统由哪几部分组成？

各部分有何作用？

电力拖动是以电力为原动力，通过电气设备（如电动机等）带动生产机械来完成一定的生产任务。

电力拖动系统由电源、电动机、生产机械和控制设备等4个基本部分组成。

电源的作用是用以向拖动系统提供能源。

电动机是生产机械的原动力，它的作用是将电能转变为机械能带动生产机械工作。

生产机械是电动机拖动的对象，如提升机、通风机、水泵等。

有时生产机械需要改变运行方式传递动力，电动机通过传动装置拖动生产机械完成生产工艺。

控制设备是按照生产机械的要求去控制电动机的启动、调速、制动等运行过程的。

采用电动机拖动有哪些优点？

（1）电能输送方便、经济、便于分配

（2）可满足不同类型生产机械的需要，并且拖动效率高；

（3）拖动性能好，能达到生产工艺要求的最佳工作状态；

（4）能进行远距离监视、测量和控制，便于集中管理，容易实现生产过程的自动化。

（P3）

机械特性：

拖动系统中的转矩改变时，将导致系统速度的变化，它们之间的这种关系称为系统的转矩—转速特性，也称为机械特性。

电动机的机械特性可用特性方程式或特性曲线图表示，它是生产机械选配电动机和分析拖动系统的重要依据。

（P4）

固有机械特性：

固有机械特性也称为自然特性，它是在电动机额定电压、额定频率（交流电动机）、额定励磁电流（直流电动机）的条件下，电动机回路无附加电阻或电抗时得到的机械特性。

人为机械特性：

人为机械特性也称人工特性，是通过改变电动机的电压、频率、励磁电流以及串接电阻、电抗的方法而得到的机械特性。

利用人为特性可以满足不同生产工艺过程的需要。

稳定工作点是指当拖动系统受到瞬时外来干扰后，系统能自动恢复到原来的静态工作点；否则为不稳定工作点。

工作点的稳定性是由电动机的机械特性和生产机械的机械特性二者之间的配合关系所决定的。

（P7）

直流电动机可将直流电转换为机械能，所以它需要直流电源供电。

直流电动机的结构主要由定子和转子两部分组成。

定子用于产生磁场；转子通过换向器输入直流电流与磁场相互作用产生电磁转矩。

直流电动机的转子通常称为电枢。

根据定子励磁绕组和电枢绕组连接方式的不同，直流电动机可分为他励、串励、并励和复励4种。

他励电动机的励磁绕组与电枢绕组分别由两组电源供电，串励、并励和复励电动机的两个绕组分别接成串联、并联和混合串并联形式，由同一个电源供电。

直流电动机具有良好的调速性能。

不同类型的直流电动机其机械特性不同。

只要人为地改变电动机电枢端电压U、改变磁通Φ或在电枢回路串接附加电阻RA,都可以改变电动机的机械特性。

（P10）

启动：

电动机从静止到稳定运行的过程称为启动。

电动机拖动生产机械正常启动的条件是：

在启动的全过程应满足电动机的启动转矩大于负载转矩，其次是要有平稳的启动过程。

他励直流电动机常用的启动方法有：

直接启动、电枢回路串接电阻启动及降低电枢端电压启动。

他励直流电动机直接启动：

直接启动是不采取任何限流措施，将额定电压直接加在电枢两端，使电动机在较大的电流下启动。

这种启动方法只用于小容量直流他励电动机。

电动机对电力拖动系统的制动一般分为两类，即限速制动和减速制动。

限速制动：

为了限制下放速度，应使电动机产生一个与系统旋转方向相反的转矩，当这个转矩与负载转矩相等时，系统达到稳定的下放速度。

这种状态称为限速制动运行状态。

（P12）

电动机是一种电能与机械能相互转换的电气设备。

电动状态和制动状态是电动机可以相互转换的两种基本工作状态。

直流他励电动机常用的三种制动方式是发电反馈制动、动力制动、反接制动。

它们都是通过改变电枢电流方向的方法实现的。

当电动机的转速在生产机械的作用下超过理想空载转速时（如提升机下放重物），电动机由电动状态变为发电反馈制动状态。

所以，产生发电反馈制动的条件是n>n0。

发电反馈制动的优点是不改变电动机的接线方式，而且能将机械能转变为电能反馈回电网，因此经济效益好。

在电动机制动过程中，电枢回路串接的电阻越小，制动转矩越大，但对电动机的冲击也越大。

所以，在制动时可以逐渐减小附加电阻，以增大制动转矩缩短制动时间。

（P14）

电枢反接制动：

工作在电动状态下的电动机，制动时突然改变电枢电压极性，使电动机工作在发电状态产生制动转矩，由于这种制动方法是改变电枢电压极性，故称电枢反接制动。

（P16）直流他励电动机有两种工作状态：

电动状态与发电状态。

电动状态又分正转工作状态和反转工作状态，其特点是电动机产生的电磁转矩与其转速方向相同，工作在机械特性的第一象限和第三象限，电枢电流与电源电压方向相同，电动机将电能转换为机械能带动负载转动。

调速：

根据生产过程的要求，人为或自动地改变电动机的转速称为调速。

调速的实质是改变拖动系统的稳定运行点，即从某一稳定转速过渡到另一稳定转速。

实现调速的方法是改变电动机的运行条件。

静差率是反映系统的负载变化时引起电动机转速变化的程度，即反映电动机的相对稳定性。

静差率越小，相对稳定性越好。

静差率的大小，与电动机机械特性的硬度和理想空载转速有关。

（P18）直流串励电动机电路的特点是励磁绕组与电枢绕组串联，所以励磁电流就是电枢电流，因而磁通Φ将随电枢电流而变化。

根据直流串励电动机的机械特性方程n=K1U/√￣M-K2R可知，当转矩M为零时，串励电动机的转矩n趋于无穷大。

实际上由于电动机铁心总有剩磁存在和机械摩擦阻力的影响，电动机的空载转速可达到额定转速的5~6倍。

这样高的转速会造成电动机及其拖动设备的损坏。

因此串励电动机不允许空载启动和空载运行。

为保证这一点，串励电动机将不得采用皮带传动或链传动，以防止皮带断裂或链脱落造成电动机的空载运行。

同时在串励电动机检修后，不能在额定电压下进行空载试运转。

（P23）

交流异步电动机也称为感应电动机。

它可将交流电能转换为机械能，所以采用正弦交流电源供电。

异步电动机的结构主要包括转子和定子两部分。

按转子结构的不同，异步电动机可分为鼠笼式和绕线式两种。

鼠笼式异步电动机具有结构简单、使用方便、价格低、运行中不产生火花等优点。

绕线式异步电动机的转子绕组通过滑环引出，可外接附加电阻，用以改善电动机的调速性能。

为了防止电动机过载，定义Mm与MN之比为电动机的过载倍数λ，一般电动机的λ取1.6~2.2。

过载倍数也称为过载能力，它反映电动机在额定转矩时的过载极限。

（P27）

交流异步电动机的启动电流可达到额定工作电流的4~7倍。

启动瞬间，电动机产生的冲击电流将会影响电网的正常运行。

因此，与直流电动机一样，限制启动电流也是异步电动机启动必须考虑的问题。

异步电动机常用的启动方法有直接启动、降压启动和转子回路串电阻或阻抗启动。

直接启动和降压启动常用于鼠笼型电动机；转子回路串电阻或阻抗启动用于绕线式电动机。

交流异步电动机直接启动：

直接启动也称为全压启动，是一种最简单的启动方法。

启动时将额定电压直接加在定子绕组上使电动机启动。

这种方法对容量较大的电动机将会产生很大的启动电流，所以要求电网有足够大的容量；否则，直接启动只能用于小容量异步电动机。

交流异步电动机降压启动：

降压启动是在启动瞬间，采用不同的方式将加在电动机定子绕组上的电压降低，使电动机在低于额定电压的条件下启动，从而减小启动电流。

当转速升高到一定程度时，再投入全压使电动机在额定电压下正常运行。

交流异步电动机常用的降压启动方式有定子串接电阻或电抗降压启动、自耦变压器降压启动、星形-三角（Y-）变换降压启动、延边三角形降压启动等。

（P28）

绕线式异步电动机启动电阻根据分段切除的方式不同，分为三相平衡切除和不平衡切除两类。

转子回路所使用的电阻多为金属电阻，它是由一箱箱电阻片构成。

根据所计算的电阻值，选用不同规格的电阻箱。

电阻值的改变由控制电器将金属电阻逐段短接来实现。

启动电阻的级数确定以后，各段电阻确定的原则是每次切除电阻后，转子电流和启动转矩的变化幅度应保持恒定，以满足启动过程的平稳性。

（P34）

异步电动机有哪些工作状态？

各有什么特点？

异步电动机和直流电动机一样也有两种工作状态，即电动状态和发电状态。

电动状态的特点是异步电动机的电磁转矩M与其转速n的方向相同，工作在机械特性曲线的第一、第三象限。

第一象限表示电动机正转运行，第三象限表示电动机反转运行。

工作在电动状态的电动机是将电能转换为机械能。

发电状态的特点是异步电动机的电磁转矩M与转速n方向相反，工作在机械特性曲线的第二、第四象限。

这时电动机产生的电磁转矩将阻止拖动系统的运动，故称为制动转矩。

交流异步电动机的动力制动是将运行中的异步电动机三相交流电源断开，在其中两相接入直流电源，同时在转子回路串入附加电阻。

第二章

（P51）

接触器与继电器的相同点与不同点？

接触器和继电器都是拖动系统常用的控制电器，主要用于接通和断开电路，但接触器主要用于频繁切换大功率（大电流）电路，而继电器主要用于传递控制信号，即切换小电流电路。

接触器主要由电磁系统、主触头、辅助触头、灭弧装置、支架及外壳等几部分组成。

按主触头接通和断开电流的种类，接触器可分为交流接触器和直流接触器。

（P56）

接触器使用注意事项？

接触器属频繁操作的控制电器，使用时应注意以下事项：

（1）接触器的工作条件必须与铭牌相符，包括触头的控制容量和铁心线圈的电压等级、电流种类等。

（2）要定期检查接触器各活动部分是否灵活，各固定部分有无松脱，接线端头是否紧固。

发现问题应及时修理或更换。

（3）接触器触头要经常保持清洁，不允许涂油，触头表面的电弧烧蚀痕迹应及时打磨。

当触头磨损至原厚度1/3时，应及时更换。

镀银或银合金触头表面生成的黑色氧化膜不能磨去，以免影响触头寿命。

（4）铁心圈应通风良好，避免受潮，以保持其应有的绝缘性能，防止匝间短路。

（5）有灭弧装置的接触器，禁止不带灭弧装置使用，以防发生电弧短路事故或烧毁接触器。

（P57）

灭弧罩应及时清扫，除去积于内表面的金属粒子，保证灭弧装置能够有效地熄灭电弧。

继电器是一类以某种物理为输入，具有跳跃输出特性的电器组件。

继电器的输入量可以是电压、电流、光、热、压力、速度、机械位移等物理量。

其输出是处于不同状态的触点。

（P61）

主令电器：

是按生产工艺的要求发出控制指令的操作电器，主要用于闭合或断开各种控制电路。

常用的主令电器有按钮开关、行程开关等。

（P65）

组合电器是由多种作用的电器组合在一起的开关。

常用的组合电器有刀形开关、自动空气开关和磁力起动器等。

刀形开关也称闸刀开关，不能平装和倒装，用于不经常操作的电路中。

（P89）

为什么电路图要采用统一的符号、字母绘制？

电路图和接线图各有何作用？

电路元件的可动部分按什么情况绘制？

解：

为了表达各电气元件及其之间的关系，电气线路图中所有元器件必须采用统一的图形符号和文字符号表示。

电路图的主要作用是分析电路、设备或成套装置及其组成部分的工作原理，并为测试和寻找故障提供信息；还可作为安装电气设备及接线的依据。

接线图主要用于电路的安装接线、线路检查、线路维护和故障处理，在实际应用时常与电路图一起使用。

接线图是按照各电气元件的实际位置绘制的，以便于实际安装、接线和寻找故障。

电路图中各电气元件的可动部分，一般应表示在非激励或不工作状态的位置。

如接触器、继电器的触头是在未通电（非激励）时的状态；断路器、隔离开关在断开位置；带零位的手动开关在零位位置；不带零位的手动开关在图中规定的位置；行程开关在非工作状态或非工作位置。

（P91）

根据用途不同，电气线路图分为系统图、功能图、逻辑图、电路图和接线图等几种。

电路图用于详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成部分和连接关系。

电路图主要作用是分析电路、设备或成套装置及其组成部分的工作原理，并为测试和寻找故障提供信息；还可作为安装电气设备及接线的依据。

电路图又称电气原理图，电路图是根据读图方便，图形简单、清晰的原则，将所有电器元件按展开的形式绘制。

（P92）

电路图中的电路中各电气元件应尽可能按元件功能和工作顺序排列。

其布局应从上到下和从左到右，一般主电路在左，辅助电路在右。

（P94）

电动机为什么要采用降压启动？

什么情况下允许电动机直接启动？

解：

电动机直接启动时电流较大，是额定电流的4-7倍，因而对电网、电动机及其拖动设备产生较大冲击，特别是会影响电网的正常运行。

为了避免电动机启动对电网的冲击，通常规定不经常启动的鼠笼式电动机单机容量不大于电源容量的30%，经常启动的鼠笼式电动机单机容量不大于电源容量的20%。

（P98）

在电动机降压启动控制，电动机定子绕组构成星形连接时。

每相绕组承受的电压为额定电压的1/√3倍，故启动电流将降为全压启动时的1/3，达到减小启动电流的目的，由于电动机启动转矩正比于电压平方，故它的启动转矩仅为额定状态时的1/3，所以只能适用于轻载启动。

（P100）

延边三角形启动方式适用用于定子绕组在正常运行时为三角形连接，且有9个连接头的电动机。

延边三角形启动时，电压高于Y接时的电压，所以电动机启动转矩要比Y-启动时高。

（P107）

绕线式异步电动机与鼠笼式电动机相比，具有较好的启动特性和调速性能，并有维护方便、控制系统简单、便于实现自动控制等优点，因而被广泛用于各种矿山机械设备的拖动。

绕线式异步电动机常用转子回路串频敏变阻或串电阻等方法进行启动或调速。

（P180）

排水设备的主要任务是及时、迅速地排除矿井涌水，以确保矿井安全。

对于涌水量较大的矿井，常需要多台大流量水泵同时工作，是矿山生产的主要用电设备，因此要求排水设备的电控系统做到运转安全，工作可靠，技术合理，运行经济

水泵集中排水的控制要求是什么？

解：

（1）水泵必须能够保证连续工作。

当运转中的水泵发生故障时，另一台水泵能迅速启动。

特别是涌水量较大使水仓水位上升至危险水位时，应能使多台水泵及时启动投入运行。

（2）水泵控制系统应能根据水仓水位的高低，自动按水泵的操作程序开停水泵。

（3）为避免水泵拖动电动机和电控设备长期停用而受潮，并使各台水泵磨损均衡，在正常水位时，各台水泵应能自动轮换工作，以保证各台水泵都能得到正常的维修。

（4）为使矿井用电负荷均匀，在正常情况下，可根据水仓水位变化，按照移峰填谷的供电原则，确定各台水泵的工作时间。

空压机的基本控制要求有哪些？

解：

（1）空压机的润滑油压、油温超出规定范围时，应有相应的保护。

（2）空压机的冷却水出现间断时，应有断水保护。

（3）各级排水温度超过规定范围时，要有温度保护。

（4）空压机气压超过规定范围时，要有压力保护。

矿井主通风机电控系统有哪些基本要求？

解：

（1）通风机房必须设在地面，并装设两台同等能力的通风机（包括电动机），一台运行，一台备用。

（2）通风机房应有两回直接由变（配）电所馈出的线路供电，线路上不应分接任何负载。

机房应设置防雷保护。

（3）通风机控制设备和辅助设备必须采用与主要设备同等可靠的备用电源。

（4）供电和控制系统必须保证工作风机在发生故障时能自动停车，并能在规定时间（10min）内自动启动备用通风机和开、闭相应的风门。

（5）电气控制系统应保证反风设施在规定时间（10min）内改变巷道中的风流方向。

（6）自动控制系统应能对通风机必须装设的水柱计、电流表、电压表、功率表、轴承温度计等仪表进行监视和报警，并能监控通风机和电动机的轴承润滑系统，保证通风设备的正常运行。

（7）对短路及电动机过负荷、误启动、电网电压的较大波动等故障能进行自动保护，并有通风机运行、停车、故障等指示信号。

（8）采用同步电动机拖动时，应有失步保护和励磁线路开路保护。

第八章

（P327）

各种类型的变频器都是由主电路和控制电路、操作键盘等部分组成。

（P329）

变频器多为箱柜式结构。

不同型号的变频器，根据所带负荷大小的不同，其体积相差较大，接线端子的数量和功能也不相同。

电动机启动时，首先闭合隔离开关QS，使控制回路有

电。

按下启动按钮SB1，有电流从电源L13经停止按钮

SB2、接触器线圈KM、按下的启动按钮SB1回到电源L11，使触电器有电吸合，其主触头KM闭合，电动机启动运行。

同时接触器辅助常开触头KM1闭合，短接启动按钮SB1，不致使该按钮松开后接触器线圈回路失电，起到保持电流通路的作用，故称该触点为自保触电。

需要停车时，按下停止按钮SB2，断开接触器线圈回路，接触器KM失电，其主触头断开，切断主回路，电动机停转；当电动机过载时，过载电流使热继电器FR动作，串接在控制回路中的热继电器常闭触头FR打开，接触器KM失电，主触头断开，切断电动机电源，起到保护作用。

电路工作时，首先闭合电源隔离开关QS，使控制回路经主电路的11端和13端接通电源。

电动机正转时，按下正转启动按钮SB2,有电流从电源11端经熔断器2FU1→热继电器常闭触点FR→停止按钮SB1→按下的启动按钮SB2→反转接触器2KM的常闭触点2KM1→正转接触器1KM线圈→熔断器2FU2→电源13端，形成电流回路，正转接触器1KM有电吸合，主触头1KM闭合，电动机正转。

接触器1KM闭合的同时，其辅助常开触点1KM2闭合，使电路形成自保；其另一个辅助常闭触点1KM1打开，切断反转接触器2KM电流通路，保证电动机在正转期间反转接触器2KM不能送电，实现了接触器触头1KM和2KM不能同时闭合的要求。

这种两个接触器的线圈回路，彼此互相串接对方一个常闭触点的电路称为互锁保护或电气互锁。

这是控制电路常用的互锁保护方式。

电动机停车时，只需按下停止按钮SB1，断开正转接触器1KM的线圈回路即可。

当电动机需要反转时，按下反转启动按钮SB3，使反转接触器2KM有电吸合，闭合主触头2KM，电动机反转，同时打开接触器常闭触头2KM1，闭锁正转接触器1KM。