第1章电气传动基础知识

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1、变频控制技术第1章电气传动基础知识工业生产发展过程，经历了三次工业革命：第一次工业革命：18世纪60年代开始，标志是瓦特改良蒸汽机。蒸汽机的广泛使用，使生产从手工业过渡到大机器生产——“蒸汽时代”。第二次工业革命：19世纪70年代开始，以电力的广泛应用为显著特点——“电气时代”。电力的应用是以发动机和电动机为重要组成设备。发电机原理的基础：1819年丹麦的奥斯特——电流磁效应1831年英国的法拉第——电磁感应现象1866年德国的西门子——自激式直流发电机19世纪70年代——改进的直流发电机实际生产直流电能1882年法国的德普

2、勒——远距离送电1882年美国的爱迪生——纽约第一个火力发电站，并联结成输电网络第二次工业革命：1885年意大利的法拉里——旋转磁场原理，对交流电机的发展重大意义19世纪80年代末90年代初——制造出三相异步电动机1891年以后——三相制交流电推广，电力工业新时代第三次工业革命：20世纪40年代——计算机技术应用——“信息时代”1.1电气传动系统概述电气传动初期是直流电气传动，后来出现了交流电气传动。早期交流传动主要应用在恒速拖动场合，需要高性能调速的使用直流电气传动。直到高性能变频器出现后，这种格局才被打破。目前，交流电气

3、传动在电气传动中占主导地位。1.1.1电气传动概念和类型电气传动（电机拖动）的概念：以电动机作为原动机，驱动各种生产机械的系统总称。电气传动的特点：功率范围大，单个设备的功率可从几毫瓦~几百兆瓦；调速范围宽，转速可从每分钟几转~几十万转，可达10000:1。电气传动（电机拖动）的种类：以电动机作为原动机，驱动各种生产机械的，所以根据电动机的类型分为直流电气传动、交流电气传动和步进电气传动。直流电气传动：19世纪70年代诞生。优点：良好的起动制动性能，大范围平滑调速。缺点：主要是从电机自身结构来讲来看需要定期更换电刷和换向器，

4、维护保养困难，寿命短；存在换向火花，难以应用于易燃易爆气体的恶劣场合；结构复杂，难以制作高转速、高电压和大容量的直流电动机。最高电压1kV，极限容量n是106kWr/min。交流电气传动：19世纪90年代诞生，应用在恒速或简单变速的场合，直到20世纪80年代，高性能的变频器诞生，才应用在高性能的调速场合。优点：主要是从电机自身结构来讲来看结构简单、坚固、工作可靠、易于维护和保养；无换向火花，可用于易燃易爆气体的恶劣场合；容易制造高转速、高电压和大容量的交流电动机。电压易达到6kV、10kV，因此相同电流下，容量可以大大提

5、高。极限容量n是400106kWr/min~600106kWr/min。步进电气传动：20世纪20年代诞生，在许多需要精确位置控制中应用。优点：是将电脉冲激励信号转变为角位移或线位移，控制精度高。1.1.2电气传动的组成结构和作用传动系统核心：调速装置、电动机调速装置构成：电源装置、控制装置主要作用：改变电动机转速或输出转矩从而改变生产机械的转速或输出转矩，从而实现工艺要求、节能、提高产品质量和改善工作环境。电源装置类型：母线供电装置、机组变流装置和电力电子变流装置母线供电装置：包括交流母线供电和直流母线供电机组变

6、流装置：包括直流发电机组和变频机组电力电子装置：整流装置、交流调压装置和变频器控制装置的类型：控制装置按所用器件分类：电器控制、电机扩大机和磁放大器、电子控制电器控制（继电器——接触器控制）：与母线供电装置配合使用。电机扩大机和磁放大器：与机组供电装置配合使用，20世纪30~60年代装置。电子控制：分为分立元件、中小规模集成电路及微机和专用大规模集成电路。控制装置按工作原理分类：逻辑控制和连续速度调节控制逻辑控制：通过电气控制装置控制电动机启动、停止、正反转或有级变速，控制信号来自主令电器或可编程控制器。连续速度调节控制：与

7、机组或电力电子变流装置配合使用，连续改变电动机速度。有开环控制、闭环控制和负荷控制三类。控制装置按控制信号的处理方法分类：模拟控制、数字控制和模拟/数字混合控制1.2电气传动系统的工作原理遵循运动方程：工作原理：工作模式：速度工作模式：保持电动机轴上输出转速恒定为目的，自动调整电动机的输出转矩以适应负载的变化。如：电梯、各类生产线。转矩工作模式：保持电动机轴上输出的转矩恒定为目的，等于负载转矩和空载转矩之和。但电动机转速不是确定的。如开卷/收卷设备。1.3电气传动系统的负载特性目的：正确地把握机械负载对象的负载特性，是选择电

8、动机及驱动电源容量、决定其控制方式的基础。负载特性：包括负载机械特性和负载功率特性负载机械特性：是指负载阻转矩与负载轴上转速之间的关系（转速——转矩特性）；负载功率特性：是指负载所消耗的功率与负载轴上转速之间的关系（转速——功率）。负载特性种类：恒转矩负载，平方降转矩负载，恒功率负载。1.