电动机拖动

2024-07-27

电动机拖动（共3篇）

电动机拖动篇1

我公司矿山石灰石长胶带输送机原为2条2 500t/d生产线供料, 采用“3+2”多电动机拖动方式和转子串水电阻启动方式。后来增加了一条5 000t/d生产线, 为了满足生产需求, 对该输送胶带机进行了提速、提产改造。机械方面增大了驱动滚筒及托辊直径, 电气方面则更换大功率电动机 (由160k W普通绕线式电动机改为220k W的变频电动机) , 并采用PLC与ACS800变频器控制, 其中变频器采用ABB变频多传动控制系统中的主从控制模式。

1 长胶带多电动机输送系统介绍

该输送带线路总长约11km, 输送带采用800mm宽的钢芯胶带, 由A—B、B—C和C—D三段组成, 各段长度分别为5.04km、5.42km和0.46km, 在胶带头部B站和C站分别设置中转站, 其示意图见图1。

系统采用多电动机拖动方式, 其中在长胶带B站和C站两处头部分别配置3台电动机, 尾部A站、B站各配置2台, 形成A—B、B—C两段胶带各段分别配置5台拖动电动机的长距离多电动机拖动系统。由于C—D胶带距离相对较短, 只在头部D站配置2台电动机。

2 ACS800变频器的主/从应用宏

2.1 主/从应用宏介绍

ABB变频器的主从应用宏是为变频多传动控制系统应用而设计的, 其系统由若干ACS800变频器共同驱动, 同时电动机轴经齿轮、皮带等进行钢性或柔性相互连接。由于有了主/从应用宏, 使负载能在变频器之间均匀分配。

在ABB变频器组成的变频多传动控制系统中, 外部控制信号只与主机变频器连接, 主机通过光纤通信控制从机。ABB变频器组建立主从控制时, 多采用环形结构的光纤连接。

2.2 具体应用

该系统输送距离较长, 启动过程的动载荷较大, 过大的启动动态力矩会对长胶带输送系统产生过大的冲击力, 若不采取有效的启动控制方法, 就会影响长胶带系统驱动装置、辅助设备及胶带本身的使用寿命, 而且多电动机同时启动, 启动电流会大大增加, 会对整个供电系统电网产生很大的冲击, 这样对供电电网甚为不利, 甚至会影响其他用电设备的正常运行。为此, 对系统中拖动电动机的启动过程加以考虑, 系统采用ABB变频器主/从方式对处于同站点的电动机进行控制。

在该系统中, 头部3台电动机连接方式为从机1和从机2通过轴减速箱组成刚性连接, 主机经钢丝胶带卷筒与2个从机柔性连接, 而尾部的主、从2台电动机通过轴减速箱组成单一的刚性连接。主传动采用典型的速度控制, 从机采用转矩控制模式, 以使各传动单元之间不存速度差异。ACS800变频器配有主/从应用模块, 保证各驱动设备在转矩/速度上的同步, 各传动单元采用光纤进行通讯, 保证其快速性。而胶带头部与尾部电动机的同步利用PLC进行跟踪。所有外部控制信号只连接到主机数字输入口DI1~DI6, 从机控制信号则通过光纤从主机获得, 不需另接外部控制信号。单独使用一根电缆将从机故障信息端口RO3传送给主机启动连锁端口, 使该连接从机出现故障时, 主机和从机都会停止运行。其单段胶带的主/从同步控制方式见图2。

2.3 主/从应用宏参数设置

要激活主机与从机的通讯, 应将参数60.01MASTER LINK MODE正确设置, 主机设置为MASTER, 而从机设置为FOLLOWER。

在本控制系统中, 主机采用速度控制 (99.04设为SCALAR) , 从机采用转矩控制 (99.04设为DTC) , 因此ACS800变频器中启用主/从功能, 其中主机采用工厂宏 (99.02设为FACTORY) , 从机采用转矩宏 (99.02设为T-CTRL) 控制。主/从变频控制参数在各工作站变频器现场控制盘上设置完成 (略) 。

3 使用效果

该输送控制系统自2008年改造完成运行至今, 设备运行良好, 正常生产时变频器工作频率为45Hz左右, 胶带运行速度3.15m/s, 石灰石输送量约为1 000t/h, 每天两班制作业, 每天运行时间16h, 石灰石输送量可达16 000t/d, 能满足3条熟料生产线生产的需求。

通过使用, 发现ABB变频器主/从拖动系统具有以下优点:

1) 防止负载的频繁扰动引发的胶带振动。采用ACS800变频器的主/从应用模块可以使负载平均分配, 保证在任何情况下各电动机的速度一致。

2) 变频控制拖动电动机能在低速状态下产生较大的启动转矩, 而且电动机在低速状态下先将处于松弛状态的皮带绷紧, 使皮带的张力均匀分配, 这样保证皮带在重载的情况下能可靠启动, 减少机械应力, 将会延长驱动执行机构及胶带本身的使用寿命。

3) 变频拖动方式可以对胶带机的带速进行较灵活的调整, 有利于胶带检修与生产。

4) 采用变频器启动, 其启动方式为软启动, 启动电流小, 而且电动机的启动时间和启动顺序可任意可调, 不会对电网产生任何的冲击。

5) ABB变频器具有完善的电动机保护功能, 能有效地保护电动机。在改造安装调试初始, 曾发生过主变频器启动过程中电动机保护跳停, 故障代码2310, 故障电流694A, 电动机输出电流过大, 超过跳闸极限值, 检查确认为电动机启动加速时间过短, 延长启动加速时间后, 故障排除。

电动机拖动篇2

第一章

直流电动机工作原理

图1-1 直流电动机工作原理示意图

图1.1是一台直流电机的最简单模型。N和S是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片(换向片)上，它们的组合在一起称为换向器，在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。

将外部直流电源加于电刷A(正极)和B(负极)上，则线圈abcd中流过电流，在导体ab中，电流由a指向b，在导体cd中，电流由c指向d。导体ab和cd分别处于N、S极磁场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体ab和cd均受到电磁力的作用，且形成的转矩逆时针方向旋转，如图1-1(a)所示。当电枢旋转180°，导体cd转到N极下，ab转到S极下，如图1-1（b)所示，由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。

由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。

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第二章

直流电动机的分类

根据励磁方式的不同，直流电机可以分为他励、并励、串励和复励四种。

图2-1 直流电动机按励磁方式的分类

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第三章

他励直流电动机的机械特性

在他励电动机中，Ua,Ra,If保持不变时，电动机的转速n与电磁转矩T之间的关系称为他励电动机的机械特性。根据公式：

TCTIa

ECEn

UaEIaRa

可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系：

UIRUIRURaEnaaaaaaaTn0T

CECECECECECECT2当Ua、Ra、为常数时，nfT为一条向下倾斜的直线，如图3所示：

图3-0 他励直流电动机的固有特性

Ua 称为理想空载转速； CERa  称为机械特性的斜率，大小反映软特性与硬特性； 2CECTRaT 称为负载时的转速降。

nTCECT由于电枢电路电阻Ra很小，所以机械特性的斜率很小，硬度很大,固有特性为硬特性。其中： n0 3

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3.1 固有机械特性

UUN、N电枢回路不串电阻时的机械特性。其方程式为：

UIRUIRURaE naaaaaaaTn0T

CECECECECECECT2由于Ra较小，特性的斜率小，所以他励直流电动机的固有机械特性是一条稍稍向下

倾斜的直线，如3-2所示：

图3-1 他励直流电动机的固有特性

固有特性称为硬特性，其额定转速变化率为：

nn0nNN%n100%

N3.2 电枢串接电阻时的人为机械特性

将电枢回路串接电阻，而保持电源电压和励磁磁通不变其机械特性如图3-2所示： 4

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图3-2 电枢串接电阻时的人为机械特性

与固有机械特性相比，电枢串接电阻时的人为机械特性具有如下一些特点:

1、理想空载转速与固有特性时相同，且不随串接电阻Ra的变化而变化；

2、随着串接电阻的加大，特性的斜率加大，转速降落n加大，特性变软，稳定性变差；

3、机械特性由与纵坐标轴交于一点nn0但具有不同斜率的射线族所组成；

4、串入的附加电阻越大，电枢电流流过附加电阻所产生的损耗就越大。

3.3 改变电源电压时的人为机械特性

此时电枢回路附加电阻Rka0，磁通保持不变。改变电源电压，一般是由额定电压向下改变。

由机械特性方程，得出这时的人为机械特性如图3-3所示。

与固有机械特性相比，当电源电压降低时，其机械特性的特点为：

1、特性斜率不变，理想空载转速n0降低；

2、机械特性曲线平行下移，机械特性由一组平行线所组成；

3、不变，机械特性的硬度不变。

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图3-3 改变电源电压时的人为机械特性

3.4 减小励磁电流时的人为特性

减小励磁电流I，则磁通减小，n0增加，增加，减小，人为特性如图3-4所示：

图3-4 减小励磁电流时的人为特性

第四章他励直流电机的制动

为了满足生产和生活的需要，电力拖动系统往往需要使电动机尽快停转或者由高速运行迅速转为低速运行，为此需要对电动机进行制动，同时对于位能性负载的工作结构，为

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了获得稳定的下降速度也需要对电动机进行制动。

制动是电动机一个重要的运行状态，其运行的特点是电磁转矩Tm的方向与旋转方向n相反。

4.1 他励直流电动机的制动种类

他励直流电动机的制动方法包括能耗制动、反接制动和回馈制动三种。

4.2 回馈制动

他励电动机回馈制动的特点是：使电动机的转速大于理想空载转速，因而EUa，电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能回馈给电网。

回馈制动又分为以下两种类型。

4.2.1 正向回馈制动——电车下坡

电车在平地行驶或上坡时，负载转矩TL阻碍电车前往行驶。如图4-1所示：

图4-1 回馈制动电车下坡过程

系统工作在机械特性与负载特性2的交点a上。电车下坡时，TL反向变成帮助电车向下加速行驶，负载特性变为特性3。在T和TL的共同作用下，n加速，工作点由a点沿特性1向上移动。到达n0时，T0，但TL0，即-TL与n方向相同，在TL作用下，电机继续加速，工作点越过n0继续向上移动。这时T反向，成为阻止电车下坡的制动转矩。但

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TLT，工作点继续上移，直至机械特性1与负载特性3的交点b为止，TTL，电车恒速往下行驶。自从工作点越过n0后，nn0，使得EUa，电动机就进入了回馈制动过程，到达b点后，电机便处于回馈制动运行。由于这种回馈制动，电枢电压方向没有改变，故称正向回馈制动。正向回馈制动与电机状态相比，虽然n、E、Ua的方向都未改变，但因EUa，使得Ia以及T反向，两者的区别如图4-2所示：

（a）电动状态（b）制动状态

图4-2 正向回馈制动时的电路图

正向回馈制动在调速过程中也时常出现，当电动机减速时，若减速后的理想空载转速低于减速前的转速，电机便会在调速过程的某一阶段处于正向回馈制动过程。如图4-3所示：

（a）改变电枢电压调速（b）改变励磁电流调速

图4-3 调速时出现的正向回馈制动

在改变电枢电压调速和改变励磁电流调速时，工作点都要从a点平移到b点，然后经c点到达d点稳定运行。在bc阶段，nn0，电机处于正向回馈制动过程中。它的存在，有利于缩短bc短的时间，加快调速过程。

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4.2.2 反向回馈制动——下放重物

制动时，将电枢电压反向，并且在电枢回路中串联一个制动电阻Rb。制动前后的电路图如图4-4所示：

（a）电动状态（b）制动状态

图4-4 反向回馈制动时的电路图

这时，电动机拖动的是位能性恒转矩负载。如图4-5所示：

图4-5 回馈制动下放重物过程

制动前，系统运行在机械特性1与负载特性3的交点a上。制动瞬间，工作点平移到人为特性2上的b点，T反向，n迅速下降。当工作点到达c点时，在T和TL的共同作用下，电动机反向起动，工作点沿特性2继续下移。到达d点时，转矩等于理想空载转矩，T0，但TL0，在重物的重力作用下，系统继续反向加速，工作点继续下移。当工作点到达e点时，TTL，系统重新稳定运行。这时的电动机在比理想空载转速高的转速下稳定下放重物。

在上述制动过程中，bc段电机处于电压反向反接制动过程，cd段电机处于反向起动过程，de段电机处于回馈制动过程，在e点电机处于回馈制动运行。由于这种回馈制动是

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在电枢电压反向后得到的，故称反向回馈制动。

反向回馈制动运行时，与图4-4（a）的电动状态时相比，如图4-4（b）所示，由于n反向，E反向，且EUa，Ia方向不变，T方向不变，但与n方向相反，成为制动转矩。电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能送回电源。

回馈制动的效果也与制动电阻Rb的大小有关。Rb小，则特性2的斜率小，转速低，下放重物慢。

由图4-4（b）可知，回馈制动运行时，为简化分析，只取各量的绝对值，而不考虑其正负，则

RaRbEUaCEnUaCT（CEnUa）

TIaTCT可见，若要以转速n下放负载转矩TL的重物，制动电阻应为

RaCT（CEnUa）Ra TLT0忽略T0，则

RaCT（CEnUa）Ra TL采用回馈制动下放重物时，转速很高，超过了理想空载转矩，要注意转速不得超过电机允许的最高转矩（产品目录或电机手册中可以查到）。同时还要注意有上式求得的Rb还要满足Rb

UaEbRa的要求。Iamax

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结论

他励电动机回馈制动就是使电动机的转速大于理想空载转速，因而EUa，电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能回馈给电网。如果直流电源采用电力电子设备,则需要有逆变装置才能将电能回馈给电网.回馈制动主要分为一下两种:正向回馈制动—电车下坡.电动机车下坡时，重力加速度将使车速增高，为了安全需要制动限速。当电动机转速升高而增大的电枢感应电动势大于电网电压时，电动机便变为发电机运行，它的电枢电流和电磁转矩的方向都将倒转，就限制了转速进一步增高，起了制动作用。电枢电流方向倒转，电功率回馈到电网，故称为回馈制动，回馈的电功率来源于电动机车下坡时所释放出来的位能。反向回馈制动—下放重物.辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计

心得体会

我们通过学习电机与拖动，对他励直流电动机有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次他励直流电动机的课程设计，我们才把学到的知识与实践相结合。从而对我们学的知识有了更进一步的理解，使我们进一步加深了对所学知识的记忆。

在此次的他励直流电动机的设计过程中，我更进一步地熟悉了电动机的结构及掌握了各组成部分的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题，同时我们也掌握了做设计的基本流程，为我们以后进行更复杂的设计奠定了坚实的基础。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想中的每一个环节，设计中各个部分的功能是如何实现的。各个部分能够完成什么样的功能，使用材料时应该注意那些要点。同一个部分可以用哪些材料实现，各种材料实现同一个功能的区别。另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。

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参考文献

【1】.唐介

《电机与拖动》

高等教育出版社【2】.汤蕴

《电机学》

西安交通大学出版社【3】.刘启新

《电机与拖动基础》

中国电力出版社【4】.唐介

【5】.李晓竹

高等教育出版社

中国矿业大学出版社 13 《控制微电机》

电动机拖动篇3

山东日照检验检疫局机械化煤炭采样系统露天安置于海边港口, 所有的速度开关、位置开关、行程开关等保护装置无法密封, 时常造成胶带跑偏撕裂、链条脱离卡死等现象, 进而烧毁电动机, 维修耗费巨大。针对该问题, 笔者设计了一种远程电动机拖动保护系统 (以下称保护系统) , 该系统采用成熟的组态王监控软件和适合于恶劣环境下的远程数据采集模块, 通过对各驱动单元电参数的采集、监控与报警, 实现了对驱动单元的远程保护, 有效降低了机械化煤炭采样系统的故障率, 保证了煤炭采样的完整性和准确性。

1 保护系统硬件设计

机械化煤炭采样系统采用PLC控制, 系统中的初级采样器、初级给料机、来煤胶带、二级采样器、二级给料机、破碎机给料机、三级采样器、三级给料机等单元 (以下简称初采、初给、来煤、二采、二给、破给、三采、三给) 均采用交流电动机+西门子MMV变频器实现无级调速驱动, 破碎机、弃煤单元直接由交流电动机驱动。保护系统由工控机+组态软件组成上位机, 变频器驱动单元、AD转换模块连同相关的电动机为下位机, RS232/485转换器ADAM4520负责连接上位机、下位机的通信[1,2,3]。初采等变频器驱动单元通过ADAM4520与工控机通信;破碎机、弃煤单元通过电压、电流变换器+AD转换模块ADAM4017+ADAM4520与工控机通信[4,5]。工控机通过组态软件编程设计的窗口画面实现对各驱动单元电压、电流、频率等参数的监控。保护系统总体结构如图1所示。

2 保护系统软件设计

保护系统软件采用北京亚控公司的组态王为平台, 利用其成熟的人机界面、强大的数据库、丰富的驱动程序, 通过上、下位机设计、窗口设计等环节, 采集各驱动单元 (变频器、ADAM4017) 电参数信息, 实现窗口显示、报警、报表等功能。

2.1 上位机设计

组态王与西门子MMV变频器之间的通信设置步骤:

(1) 在组态王中新建一个工程, 名称为“变频电动机保护系统联机版”。

(2) 在组态王开发界面选择“设备―变频器-西门子―USS―串口”, 参照组态王手册依次设置初给、来煤、二采、二给、粒度机、破给、三采、三给等单元的变频器地址, ADAM4017地址、波特率, RS232串口参数的设置与初给单元类似。

经过上述设置后, 当启动组态王工程“变频电动机保护系统联机版”时, 组态王会自动连接上述设备。

2.2 下位机设计

西门子MMV变频器支持USS协议, 自带RS485串行接口。西门子MMV变频器与上位机通信通过输入/输出接线端子、经ADAM4520与上位机的RS232串口相连。

当使用RS485与上位机相连时, 西门子MMV变频器的主要通信参数设置如下所示, 其它参数配置参照使用手册。

P091 1:设定从站变频器地址为1。

P092 5:设置RS485串行接口的波特率为4 800 bit/s。

P094 50.00[Hz]:通过串行接口以百分比形式传送到变频器的设定值。

P095 0:USS的兼容性为0, 表示0.1 Hz的分辨率。

P910 1:设定变频器为串行接口的远程控制方式。

ADAM4520缺省设置:波特率:9 600 bit/s;设置10位串行数据格式:1位起始位+8位数据位+1位停止位, 无奇偶校验, 不需要设置地址。

ADAM4017设置:在工控机主机上, 利用ADAM4017模块生产厂家提供的应用软件可以设置参数, 包括I/O地址、波特率和有无校验等。

2.3 窗口设计

保护系统设计有14个运行窗口, 依次为采样系统、初采、初给、来煤、二采、二给、破给、三采、三给、弃煤、系统报警、系统电流历史曲线、帮助、副菜单等。采样系统窗口包含采样系统的11个驱动单元的电流状况与报警信息, 每个驱动单元各有1个指示灯闪烁, 分别表示电动机停机、脱机空转、空载、正常负荷、启动/刹车或过负荷、卡死或短路等运行状态。采样系统运行界面如图2所示。

初采等各单元窗口的信息来自于相应单元的变频器, 显示信息有日期、报警码、报警码对照信息故障处理表;实时运行状态栏包括设定频率、电流限幅、输出频率、输出电压、输出电流;实时运行曲线分别显示实时运行的电流、电压和频率。

历史曲线窗口可显示8条曲线, 分别为初采、初给、来煤、二采、二给、破给、三采、三给8个单元的电流运行曲线。该窗口可选择显示时限、输入调整跨度、卷动百分比, 操作人员可直观看到各个单元的电流趋势, 参比右侧的各单元电流限幅 (最大电流) , 进而了解到设备的实际运行状态。

3 保护系统主要功能

(1) 显示功能:

用图形实时显示电动机系统的运行状况, 包括电参数、报警信息等。

(2) 报警功能:

一旦某一电动机的电参数超过设定值, 主画面指示灯将根据测定值显示不同的颜

色;驱动单元画面除了显示实时状态曲线, 还显示故障信息及处理建议等。

(3) 报表功能:

运行过程中各参数可自动记录、存储、输出、查询等。

4 结语

实际应用表明, 远程电动机拖动保护系统运行可靠, 保证了煤炭采样的精度, 节约了资金。如有实际需要, 通过组态软件编程, 该保护系统可整合到机械化煤炭采样系统控制中, 达到机械化煤炭采样系统一体化远程监控的目的。该保护系统程序具备良好的拓展功能, 修改后可应用于冶金、采矿等行业的电动机拖动系统中。