電力傳動

電力傳動可以分為交流電動機傳動和直流電動機傳動。電力傳動所需的電能易於傳輸和集中生產，它本身又便於遠距離自動控制。電動機的功率範圍比較寬，從數瓦到1萬千瓦以上，它已成為現代工業的主要動力機。 ^[1] 

1838年，俄國院士Б．С．雅可比試驗由蓄電池給直流電動機供電，用來驅動快艇的推進器，這是首次使用電力傳動。以後，Β．Н．奇科列夫將直流電動機用於驅動電弧燈(1879)、縫紉機(1882)和風扇(1886)。到1889年，Μ.Ο.多利沃-多布羅沃利斯基發明三相交流異步電動機，並建立起三相交流電力傳輸，電力傳動遂開始在工業中廣泛應用。 ^[1] 

選擇電動機作為動力機時，主要是確定電動機的類型和規格。選擇電動機的類型需要考慮工作機的載荷特性、生產工藝要求、運轉環境和電網的供電條件。確定電動機規格的主要原則是根據生產工藝和載荷條件校驗電動機的發熱、起動轉矩和過載轉矩。如果生產工藝不要求調節速度，應首先考慮選用交流電動機：若載荷平穩，可選用一般鼠籠型異步電動機；若機械需要在重載下起動，可以選用高起動轉矩的鼠籠型異步電動機或繞線型異步電動機。許多工作機要求調節速度，有的只需要電動機作少數幾級調速如機牀等，可採用多速交流異步電動機；如對調節速度有較高的要求，則應採用直流他激電動機。 ^[2] 

評價電動機的起動或制動性能，主要是看起動或制動轉矩和電流的大小、起動或制動的平滑性、起動或制動的時間和能量消耗，以及控制設備是否簡單可靠。其中，起動或制動轉矩和電流的大小是最基本的要求。通常希望在起動或制動過程中得到足夠大的轉矩，同時把起動電流限制在允許的範圍以內。 ^[3] 

分為直接起動和降壓起動兩種。對於鼠籠型異步電動機，應優先採用直接起動。但直接起動時，起動電流通常達到額定電流的4～7倍，而起動轉矩卻只為額定轉矩的0.8～1.5倍，由於起動電流較大，必須考慮電網容量是否允許。降壓起動有 3種方法。①電阻或電抗器降壓：起動時在定子繞組中串接電阻或電抗器，起動後將其短路。使用這種方法將起動電流減小到 1/K倍時，起動轉矩卻降低到1/K2倍。②星形-三角形降壓：在起動時暫將定子繞組接成星形，起動後再將定子繞組改接為三角形。這種方法只適用於正常運行時定子繞組是三角形接法的電動機，可將電網電流減小為直接起動的1/3，同時起動轉矩也相應減小為1/3。③自耦變壓器降壓：在起動時，經自耦變壓器給電動機供電，使電動機電壓降為額定電壓的 1/K，待起動後將自耦變壓器切除，把電動機直接接於電網。用這種方法起動時的電網電流和轉矩均將降為直接起動時的1/K2。降壓起動只適用於帶動較輕的載荷起動。如果既要限制起動電流，又要有較大的起動轉矩，則須採用繞線型異步電動機，在轉子繞組迴路中串接起動電阻，在起動過程中將電阻逐級切除。為了簡化起動設備和改善起動特性，常用頻敏變阻器代替起動變阻器。對於直流電動機，除小容量者外一般不允許直接起動，為了限制電流須在電樞迴路中接入起動電阻。 ^[3] 

電動機制動是使它產生一個與旋轉方向相反的轉矩，以使工作機減速，或維持重物勻速下降。電動機的制動有能耗制動、反接制動和再生制動 3種方法。就直流電動機來説：①能耗制動：將電動機電樞與電源斷開，接於電阻，這時在機械慣性或位能載荷轉矩的作用下電動機處於發電狀態，產生制動轉矩。②反接制動：在電動機運轉中將電樞電源反接；或者在位能載荷作用下當電動機的電磁轉矩小於位能載荷轉矩時，電動機就會被位能載荷拉向倒轉。在這兩種情況下電動機都處於發電狀態，產生制動作用。這稱為反接制動。為了避免電流過大，反接制動時電樞迴路中應接入適當的限流電阻。③再生制動：主要用於電車和起重機械。例如當電車下坡時，重力加速度將使車速增高，電動機感應電勢隨之增大，當感應電勢大於電源電壓時電動機就變為發電狀態，產生制動作用，並將電功率反饋回電網。 ^[3] 

衡量電力傳動的調速性能的指標有靜差率、調速範圍、平滑性和效率。①靜差率：載荷由空載增加到額定載荷時轉速變化的相對值。它表示速度的穩定性。②調速範圍：在靜差率不大於給定值，並且載荷為額定值的條件下，傳動的最高速度與最低速度的比值。③平滑性：相鄰兩級速度的比值。這個比值越接近於1，則平滑性越好。④效率或調速時的功率損耗。 ^[3] 

主要有 4種方法。①改變定子繞組的極對數：這種方法能改變電動機的同步轉速。變極電機一般是鼠籠型電動機，做成雙速、三速或四速。這種方法比較經濟，靜差率較小；但只能得到幾級速度，主要用於機牀、紡織機械和木材加工機械。②改變供電電源頻率：這種方法的調速範圍、靜差率、平滑性和效率等指標都比較好，但要專用的變頻電源，設備投資較高。由可控硅供電的異步電動機調速系統已經系列生產，調速範圍從10：1～50：1，在工業中開始廣泛應用。③在轉子迴路中串接變阻器：這種方法比較簡單，但是損耗大、效率低、靜差率和平滑性指標均較差。在短時調速且對調速性能要求不高的小型電動機中應用很廣泛。④在轉子迴路中附加電勢：這稱為串級調速。這種方法要求附加電勢與電動機轉子感應電勢經常保持相同的頻率，只有在這種條件下，附加電勢才能與轉子感應電勢相互作用。採用這種方法可以得到較好的調速指標，但調速範圍越寬，產生附加電勢的電源設備容量也越大，所以一般用於調速範圍不太寬的機械。此外，還有用脈衝調速、定子串聯飽和電抗器或可控硅調速等方法。 ^[3] 

主要有 3種方法。

①電樞迴路串接電阻：這種方法比較簡單，但靜差率大，效率低。 ^[3] 

②改變激磁磁通：改變電動機激磁磁通的一個簡便方法是在激磁繞組迴路中串接變阻器，以改變激磁電流。激磁電流只是電樞額定電流的2～5%，因而可以用小容量的電阻器。這樣就便於增加調節的級數，而且調速平滑性好，能量損耗小。但這種調速方法只能在額定速度以上採用，範圍一般為 1：2；對於特殊設計的調磁電動機範圍可以達到1：3～1：4，這時電動機所允許的轉矩隨轉速升高而減小，故對於載荷為恆功率性質的機械是適宜的。 ^[3] 

③改變電樞電壓：採用這種方法調速範圍較寬，可以平滑調速，但需要專門的直流調壓電源。過去常用直流發電機-電動機組或可控汞弧變流裝置作為調壓電源，但可控硅變流裝置已經或正在取代前兩種變流裝置。 ^[3] 

現代工業中的電力傳動一般要求實現局部或全部的自動化。因此，電動機必須與各種控制元件組成自動電力傳動系統，對機械實現自動控制，如起動、制動、調速的自動控制；自動維持速度、轉矩或功率為給定值；按照事先規定的程序或事先不能預知的規律改變速度、運動方向和工作結構的位置等。在這些系統中微型電子計算機的應用越來越廣。過去，電力傳動主要是用連續旋轉運動的電動機。80年代以來，在生產和運輸機械中開始使用直線運動的線性電動機和轉子斷續運動的步進電動機。使用這些特殊電動機，可以簡化傳動機構，更好地滿足工藝要求。 ^[3]