2.1 电力拖动系统的组成
电动机能够作为原动机拖动生产机械运转的原因是：电动机通常由定子（不转动部分）和转子（旋转部分）组成。电动机接通电源后，转子槽内的线圈便在磁场中受力，转子产生了电磁转轨，这样便可以旋转起来，并且向转子抽上的负载输出机械功率。
电动机转子旋转时，转子本身由于风阻、轴承摩擦等原因有一些损耗，称之为空载损耗。电动机若不拖动负载即空载运行，空载损耗也存在；电动机负载运行时，空载损耗仍然存在，因此电动机输出的转矩就比电磁转矩小，相差一个空载转矩。
电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成。
最简单的电力拖动系统是电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载，这种简单系统称为单轴电力拖动系统，电动机与负载为一个轴、同一转速。
2.2 拖动电机的工作原理
拖动舞台机械运行的电动机，主要是直流电动机和交流异步电动机两大类。目前使用最多的是采用变频调速的交流异步电动机。
2.2.1直流电动机
1. 直流电动机的用途
把机械能转变为直流电能的电机是直流发电机；反之，把直流电能转变为机械能的电机是直流电动机。在电机的发展史上，直流电机发明得较早，他的电源是电池。后来才出现了交流电机。当发明了三相交流电以后，交流电机得到迅速的发展。但是，迄今为止，工业领域里仍有直流电动机的，这是由于直流电动机具有以下突出的优点：
①调速范围广，易于平滑调速；
②起动、制动和过载转矩大；
③易于控制，可靠性较高。
直流电动机多用于对调速要求的生产机械上，如轧钢机、电车、电气铁道牵引、挖掘机械、纺织机械等等。直流发电机可用来作为直流电动机以及交流发电机的励磁直流电流。直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流直流电机的极限容量，又增加了维护的工作量。为了克服这个缺点，许多人在研究交流电动机的调速，也取得了一定的效果，在某些调速场合可以代替直流电动机，这是发展的方向。但是，反过来由于利用了可控硅整流电流，使直流电动机的应用增加了一个有利因素。目前使用直流电动机的场合也很多。
2. 直流电动机的工作原理
直流发电机是使发电机的绕组在直流磁场中旋转感应出交流电，经过机械整流，得到直流电。
对直流电动机而言，其电枢线圈里的电流方向是交变的，但产生的电磁转矩却是单方向的，这也是由于有换向器的缘故。与直流发电机一样，实际的直流电动机电枢上也不止一个线圈，但不管有多少个线圈，所产生电磁转矩的方向都是一致的。
3. 直流电机额定数据
根据国家标准，直流电机的额定数据有：
①额定容量
②额定电压
③额定电流
④额定转速
⑤励磁方式和额定励磁电流
有些物理量虽然不标在铭牌上，但它也是额定值，例如在额定运行状态的转矩、效率分别称为额定转矩、额定效率等。电机的铭牌，固定在电机机座的外表面上，共使用电机者参考。
关于额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端的输出电功率；对直流电动机来说，是指它的转轴上输出的机械功率。
直流电机运行时，若各个物理量都与它的额定值一样，就称为额定运行状态。在额定运行状态下工作，电机能可靠地运行，并具有良好的性能。
实际运行中，电机不能总是运行在额定状态。如果流过电流小于额定电流，称为欠载运行；超过额定电流，称为过载运行。长期过载或欠载运行都不好。长期过载有可因过热而损坏电机；长期欠载，运行效率不高，浪费能量。为此选择电机时，应根据负载的要求，尽量让电机工作在额定状态。
2.2.2 交流异步电动机
1. 异步电动机主要用途和分类
异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。例如，在工业方面，用于拖动中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿上机械等；在农业方面，用于拖动氺汞、脱粒机、粉碎机以及其他农副产品的加工机械等；在民用电器方面的电扇、洗衣机、电冰箱、空调机等也都是用异步电动机拖动的。
异步电动机的特点是结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点是功率因素较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于1。.由于电网的功率因数可以用别的办法进行补偿，这并不妨碍异步电动机的广泛使用。
对那些单机容量较大、转速又恒定的生产机械一般采用同步电动机拖动为好。因为同步电动机的功率因数是可调的。但并不是说，异步电动机就不能拖动这类生产机械，而是要根据具体情况进行分析比较，以确定采用哪种电机。
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步电机又叫感应电机。
异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法。例如：
①按定子相数分有：单相异步电动机、两相异步电动机、三相异步电动机。
②按转子结构分有：绕线式异步电动机、鼠笼式异步电动机、其中又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机、深槽式异步电动机。
③按有无换向器分有：无换向器异步电动机、换向器异步电动机。
此外，根据电机定子绕组上所加电压大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机、从其他角度看，还有高起动转矩异步电机，高转差率异步电机，高转速异步电机等。
异步电机也可作为异步发电机使用。单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。在异步电动机的电力拖动时，有时利用异步电机回馈制动，即运行子啊异步发电机状态。
2 . 异步电动机的工作原理
三相异步电动机的定子铁中心放有三相对称绕组AX、BY、和CZ。设将三相绕组联接成星形，接在三相电源上，绕组中便通入三相对称电流。当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是磁场。
3 . 异步电动机额定数据
异步电动机额定数据有：
①额定功率：指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位还是kW。
②稳定电压：指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位是V。
③额定电流：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率，定子绕组中的线电流，单位为A。
④额定频率：我国规定工业用电的频率是50Hz。异步机定子边的量加下标1表示，转子边的量加下标2表示。
⑤额定转速：指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为r/min。
⑥额定功率因数：指电动机在额定负载时，定子边的功率因数。
⑦绝缘等级与升温：各种绝缘材料耐温的能力不一样，按照不同的耐热能力，绝缘材料可分为一定的等级。温升是指电动机运行时高出周围的温度值。我国规定了环境最高温度为40℃。
功率的单位是kW，转速的单位是r/min,转矩的单位是N·m。
此外，电机铭牌上海标明了工作方式、连接方法等。对绕线式异步电动机还要标明转子绕组的接法、转子绕组额定电动势（指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时滑环之间的电动势）和转子的额定电流。
2.3 电力拖动基础
2.3.1 直流电动机的起动和调速
1. 直流电动机的起动
他励直流电动机起动时，为了产生较大的起动转矩及不使起动后的转速过高，应该满磁通起劲，即励磁电流为额定值，每级磁通为额定值。因此起动时励磁回路不能串电阻，而且绝对不允许励磁回路，出现短路。他励直流电动机若加额定电压、电枢回路不串电阻即直接起动。由于电流太大，使得电机不能换向，并且还会急剧发热；另外，由于转矩太大，还会造成机械撞击，都是不允许的。因此除了微型直流电机可以直接起动外，一般直流电机都不允许直接起动。
他励直流电动机空载起动或拖动反抗性恒转矩负载起动，改变电源电压的方向或改变励磁电流的方向，电动机都要反方向起动，然后稳定运行。
2.他励直流直流电机的调速
拖动负载运行的他励直流电动机，其转速是由工作点决定的，工作点改变了，电动机的转速也就改变了。对于具体负载而言，其转矩特性是一定的，不能改变，但是他励直流电动机的机械特性却可以人为地改变。这样，通过改变电动机机械特性而使电动机与负载两条特性的交点随之变动，可以达到调速的目的。下面在这个基础上介绍他励直流电动机的三种调速方法。
（1）电枢串电阻调速
他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不变，在电枢回路中串入不同的电阻时，电动机运行于不同的转速。通常把电动机运行于固有机械特性上的转速称为基速，那么，电枢回路串电阻调速的方法，其调速方向只能是从基数向下滑。注意：这里的调速方向并不是说串电阻调速时只能是逐渐加大电阻值，使转速逐渐升高。所谓调速方向，是指调速的结果，其转速与基速比较而言，只要电枢回路串电阻，无论串多大，电动机运行的转速都比不串电阻运行在基速上要低，就称之为调速方向是从基速向下调。
尽管电枢串电阻调速方法，所需设备简单，但由于上述功率损耗大，低速时转速不稳定，不能连续调速等缺点，只应用于调速性能要求不高的中、小电机上，大容量电动机不采用。
（2）降低电源电压调速
保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压为不同大小时，电动机拖动这负载运行不同的转速上。
当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无极调速。与串电阻调速（有级调速）相比，这种速度调节要平滑得多，并且还可以得到任意多级的转速。因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，在直流电力拖动系统中被广泛采用。
（3）若磁调速
保持他励直流电动机电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不过分大时，降低他励直流电动机的磁通，可以使电动机转速升高。磁通减少的越少，转速升高得越大。弱磁升速是从基速向上调速的调速方法。
他励直流电动机，在正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多，因此励磁回路中所串的调速电阻消耗的功率要比电枢回路串调速电阻时电阻消耗的功率小的多；而且由于励磁电路电阻的容量很小，控制很方便，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节的无极调速。
他励直流电动机电力拖动系统中，广泛地采用降低电源电压向下调速及减弱磁通向上调速的双向调速方法。这样，可以得到很宽的调速范围，可以在调速范围之内的任何需要的转速上运行，而且调速时损耗较小，运行效率较高，因此，能很好地满足各种生产机械对调速的要求。
2.3.2 交流异步电动机的起动和调速
1. 交流异步电动机的起动
（1）三相异步电动机的直接起动
从三相异步电动机固有机械特性的分析中知道，如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数又很低，造成了起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。
起动电流较大有什么影响呢?
首先，起动过程中出现较大的电流，对电动机本身有没有影响。我们知道，异步电动机不存在换向问题，对不频繁起动的异步电动机来说，短时大电流没什么关系;对频繁起动的异步电动机来说，频繁出现短时大电流会使电动机内部发热较多而过热,但是只要限制每小时最高起动次数，电动机也是承受得住的。因此可以说，只考虑电动机本身，是可以直接起动的。
其次，对供电变压器的影响。整个交流电网的容量相对于单个的三相异步电动机来讲是非常大的。但是具体到直接供电的变压器来讲，容量却是有限的。配电变压器的容量是按其供电的负载总容量设置的，正常运行条件下，变压器由于电流不超过额定电流，其输出电压比较稳定，电压变化率在允许的范围之内。三相异步电动机起动时，变压器提供较大的起动电流，会使变压器输出电压下降。若变压器额定容量相对很大、电动机额定功率相对很小时，短时起动电流不会使变压器输出电压下降多少，因此也没什么关系。若变压器额定容量相对不够大、电动机额定功率相对不算小时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过了正常规定值，例如△U>10%或更严重。这样一来，影响了两个方面：①起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多，当负载较重时，可能起动不了。②影响由同台配电变压器供电的其他负载，比如说电灯会变暗，数控设备可能失常，重载的异步电动机可能停转等。显然，即便是偶尔出现一次，也是不允许的。从上边分析看出，变压器额定容量相对电动机讲不足够大时，三相异步电动机不允许直接起动。
衡量三相异步电动机额定功率与供电变压器额定容量相对是大还是小，需要考虑几方面因素，比如说三相异步电动机是由专用变压器供电还是与其他负载共用一台变压器；或者其他负载对电压稳定性要求高还是没什么要求；或者供电线路是否很长等。因此总的来说大容量变压器允许大功率电动机直接起动，小容量变压器允许小功率电动机直接起动，各地电业管理部门对此都有具体规定。
起动转矩不大有什么影响呢?
如果异步电动机轻载和空载起动，直接起动时的起动转矩就够大了，但是如果是重载起动，某些异步电动机(如绕线式三相异步电动机)，直接起动的起动转矩就不够大了。
在供电变压器容量较大，电动机容量较小的前提下，三相鼠笼式异步电动机可以直接起动。一般地说，容量7.5kW以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动。直接起动，不需要专门的起动设备，这是三相异步电动机的最大优点之一。
(2)三相鼠笼式异步电动机降压起动
①定子串接电抗器起动：三相异步电动机定子串电抗器起动，起动时电抗器接入定子电路；起动后，切除电抗器，进入正常运行。
②Y-△起动：对于运行时定子绕组接成△形的三相鼠笼式异步电动机，为了减小起动电流，可以采用Y-△降压起动方法，即起动时，定子绕组Y接法，起动后换成△接法。
△起动方法简单，只需一个Y-△转换开关（做成Y-△起动器），价格便宜，因此在轻载起动条件下，应该优先采用。但是Y-△起动的电动机定子绕组六个出线端都要引出来，对于高电压的电动机有一定困难。因此，我国采用Y-△起动方法的电动机额定电压都是380 V，绕组都是△接法。
2 . 交流异步电动机的调速
近年来，随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术以及自动控制技术的飞速发展，交流调速日趋完善，大有取代直流调速的趋势。
三相异步电动机的调速方法很多，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻、改变定子绕组极对数、改变供电电源频率等方法，下面分别介绍交流电机的各种调速方法。
（1）降低电源电压调速
三相异步电动机降低电源电压的人为机械特性，其同步转速不变，电磁转矩。若电动机拖动横转矩负载，降低电源电压可以降低转速。对于一般的鼠笼式异步电动机，降低调速范围很窄，没有多大实用价值。若电动机拖动汞类负载，如通风机，降低调速有较好的调速效果，但是，应该注意电动机在低速运行时存在的过电流及功率因数低的问题。
如果要求电动机拖动恒转矩负载并且有交宽的调速范围，则应选用高转差率电动机。对绕线式异步电动机，可以在其转子里串电阻；鼠笼式异步电动机，可以采用
电阻率高的黄铜条制作鼠笼转子。值得注意的是，这种软机械性的电机，在高速运行时，由于转差率交普通电机的大，运行效率要低些；低速运行时，由于降低了供电电压，为保持恒转矩负载，需要更大的电流，除降低效率外，还应注意过热的问题。。此外，在低速运行时，还有另外的问题，由于机械特性很软，工作点不易稳定，即负载转矩或供电电压稍有波动，都会引起转速又较大的变化，甚至无法工作。
（2）绕线式异步电动机转子回路串电阻调速
改变转子回路串入电阻值越大，转速越低。由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，所调速的平滑性不好，基本上属有级调速。
（3）鼠笼式三相异步电动机变极调速
异步电动机旋转磁通势同步转速与电机极对数成反比，改变鼠笼式三相异步电动机定子绕组的极对数，就改变了同步转速，实现变极调速。定子绕组产生的磁极对数的改变，是通过改变绕组的接线方式得到的。
三相鼠笼式异步电动机的定子绕组，若把每相绕组中一般线圈的电流改变方向，即半相绕组反向，则电动机的极对数便成倍变化。因此，同步转速也成倍变化，对拖动恒转矩负载运行的电动机来讲，运行的转速也接近成倍改变。绕线式异步电动机转子极对数不能自动随定子极对数变化，如果同时改变定、转子绕组极对数又比较麻烦，因此不采用变极调速。
（4）异步电动机变频调速
改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。另外，降低电源频率，必须同时降低电源电压。
三相异步电动机变频调速具有调速范围大、转速稳定性好、效率高等优点，频率可以连续调节，变频调速为无极调速。因此，异步电动机变频调速具有很好的调速性能，可与直流电动机调速相媲美。
未完待续！
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