第十三章 多电动机拖动系统第一节 硬轴联结的双电动机拖动系统两台电动机的硬轴联结是指两台电动机同轴联结或通过传动机构联系起来，两者共同带动一台生产机械（或工作机构）。双电动机拖动系统中的两台电动机可以是异步电动机，也可以是他励或串励直流电动机；一般是两台功率相等、型号相同的电动机，有时也可能是两台功率不等、转速不同的电动机。
一、他励直流电动机的双机拖动如果同一型号的两台电动机硬轴联结，两台电动机的机械特性相同，则负载在两台电动机间分配平均，每台电动机能得到充分利用。
2
他励直流电动机双机拖动的特性 双机拖动的合成特性单台电动机的特性电枢电阻不同的两台电动机硬轴联接的特性
1和 2分别为两台电动机的特性双机拖动的合成特性
3
当电源电压允许较高时，采用两台电动机的电枢串联，也可使负载在两台电动机间的分配均匀。因为当两个电枢串联联结时，两台电动机通过的电流相同，如果两台电动机的磁通相等，负载在两台电动机间自然均匀分配了。
两台他励直流电动机电枢串联电路图两电枢串联时双机拖动的特性
4
二、交流异步电动机的双机拖动两台异步电动机硬轴联接示意图
M1电动状态,M2
能耗制动状态
M1电动状态,M2
反接制动状态两台异步电动机定子绕组联结成并联时，经常使一台电动机工作于电动状态，而另一台电动机则在制动状态下运转，可以扩大异步电动机的调速范围并获得稳定的低速。
5
电动状态特性合成特性能耗制动特性电动状态特性合成特性反接制动特性
6
第二节 同步旋转系统（电轴）
电气同步旋转系统通常又称为电轴，在这种系统中，机械上没有联系的几个工作机构，可以有相同的转速或恒定的转速比例关系。
电轴系统主要可分为三种：
1）具有辅助电动机的电轴系统。
2）具有公共可变电阻器的电轴系统。
3）具有变频装置的电轴系统。
一、具有辅助电动机的电轴系统具有辅助异步电动机的电轴系统的原理图
M1和 M2为主拖动电动机,BM1
和 BM2为辅助电动机。
7
（一）辅助电动机顺着定子磁场旋转转子相量图两转子绕组的相对位置图转子相量图两转子绕组的相对位置图当两个辅助电动机的转子顺着它们定子磁场的转向旋转，而且两机转子绕组的轴线对于定子磁场的轴线具有相同的位置时，在 BM1及 BM2的转子电路中没有电流通过。
如果主机 轴上的负载增加，大于第二台主机轴上的 负载时，辅机 BM1的转子开始落后于
BM2的转子。两绕组轴线间有一位差角 θ 。
1M
1ZT
8
这样，两辅机的转子电动势大小相等，但不同相，转子电路内合成电动势,在它的作用下，辅机的转子电路中将产生平衡电流,它滞后于 某一角度。
0222 EEE
2I? 2E
)j(2
e
2 22
j
N22N
2
22
2 sXR
sEsE
Z
EEI
平衡电流为辅机 BM1中电流的有功分量
2
s inc o s1
2
2
22
2
2
2
2N2
12
R
sX
sXR
RsEI
a
辅机 BM1的转矩
2
s i nc o s1
2
2
1
R
sX
TT
式中 m a x( 2 ) /( / / )mmT T s s s s
辅机 BM2的转矩
2
s inc o s1
2
2
2
R sX
TT
可见，在某一位差角 θ 及转差率 s下，两辅机的转矩是不相等的。
当辅机转子顺磁场旋转时,T1总是正值，而 T2则可能是负值。
9
辅机转矩的相对值对于位差角的特性曲线辅机 BM1工作如一台电动机，
它产生与其定子旋转磁场同向的正值转矩（ T1为正值），从而减轻了主机 M1的负载。
辅机 BM2工作如一发电机，
它由轴上与转子电路分别吸取机械功率与电功率，并由定子将电功率向电网输出。
10
（二）辅助电动机逆着定子磁场旋转在一定的位差角下，转差率愈高，则辅机发出的转矩愈大。因此，
为了保证可靠的同步运行，实际上常使辅机转子逆着定子磁场旋转，
此时 s>1,T1 及 T2可得到加大。
2
s i nc o s1
2
2
1
R
sX
TT
2
s i nc o s1
2
2
2
R
sX
TT
若,辅助电动机 BM1的转子也将落后于 BM2的转子，但由于转子的转向与旋转磁场的方向相反,BM1的转子电动势将滞后于
BM2的转子电动势。
21 ZZ TT?
电轴系统中的平衡作用决定于两辅机转矩之差，我们把这个转矩差称为平衡转矩 （辅机顺磁场旋转时 ）
s in
2
2
21 R
sXTTTT
11
（三）电轴系统的起动
0?
电轴系统起动时，必须先使两辅机整步。这是因为系统在上一次停车时，由于两轴的惯性可能不一致，以及两轴制动的时间和转短不一致等原因，造成两轴的位置不一致，两辅机转子间在起动时将存在一位差角,如不作整步，当 较大时，在转子电路中将流过太大的起动电流，还可能导致系统失步。 0?
可见，起动时把两辅机定子接到三相电网（两主机未接电源），可能达不到整步的目的。用单相线路法可以使电轴系统在起动时整步：
即在起动时，将两辅机的定子绕组的一相与电网断开，另外两相接到电网。待整步后，将断开的一相接通电源。而后使两主机起动。
12
1.25 snn?
[例 13-1] 有一个带辅机的电轴系统，接线如图所示，分别相当于辅机转子顺磁场及逆磁场旋转两种情况。两轴负载,。
如果忽略系统中的损耗，试分别就顺磁场和逆磁场旋转的两种情况，
在每种情况下，当（ a） 及（ b） 时，电轴系统中功率传送的方向及分配情况。
%801?zT %602?zT
0.5 snn?
13
解 在稳定状态下，两台主机的转矩彼此相等，
DDD TTT 21
当 时21 zz TT? 2
2
1 1 1 1
1 c os si n
2z D D
Xs
RT T T T T
2
2
2 2 2 2
1 c o s sin
2z D D
Xs
RT T T T T
14
忽略（ ）项?cos1?
2
1
2
sin2XsTT R 22
2
sin2XsTT R
12 TT得
21 DDD TTT %70)%6080(
2
1)(
2
1
21 zz TT
即两主机定子输入功率为 70%
%10)%6080(21)(21 211 zz TTT %1012 TT
即辅机 BM1在轴上输出功率 10%，而辅机 BM2则由轴上输入功率
10%。
（一）辅机顺磁场旋转时
1、
0.5 snn? 0,5s
s
nns
n
15
（ 1）辅机 BM1的轴上机械功率 %102?P
（ 2）辅机 BM1的定子功率
%205.01 %101 21 sPP
（ 3）辅机 BM1的转差功率 %10%205.0
1sP
（ 4）辅机 BM2的轴上机械功率 %10
2P
（ 5）辅机 BM2的定子功率
%205.01 %101 21 sPP
2
1.25 snn? 0,2 5s
s
nns
n
（ 1） %102?P
（ 2）
%8)25.0(1 %101 21 sPP
16
（ 3） %2%825.0
1sP
即辅机 BM1转子输入功率为 2%
（ 4） %102P
（ 5）
%8)25.0(1 %101 21 sPP
（二）辅机逆磁场旋转时
1 0.5
snn
（逆磁场旋转时取负号）
1,5s
s
nns
n
（ 1） %10
2?P
（ 2）
%205.11 %101 21 sPP
17
（ 3） %30%)20(5.11sP
（ 4） %10
2P
（ 5）
%205.11 %101 21 sPP
2
1.25 snn 2,2 5s
s
nns
n
（ 1） %102?P
（ 2）
%825.21 %101 21 sPP
（ 3） %18%)8(25.2
1sP
（ 4） %10
2P
（ 5） %8
25.21
%10
1
2
1
s
PP
18
二、具有公共可变电阻器的电轴系统当两轴的负载不平衡程度不大时，可用具有公共可变电阻器的电轴系统。在这种系统中，主机为绕线转子异步电动机，它们的定子接于电网，转子电路并联于一个公共可变电阻器 RΩ上。
起动具有公共可变电阻器的电轴系统时也必须进行整步，两电动机应在断开公共可变电阻器的情况下接入电网，方法与具有辅机的电轴系统相似。如有必要，也可应用单相线路法来整步。待整步后，
接入公共可变电阻器，两台电动机开始旋转，为了使两电动机加速，
可逐步切除公共可变电阻器的部分电阻。
在具有公共可变电阻器的电轴系统中，由于电动机转子只能顺着磁场方向旋转，转差率不大，
电动机的平衡转矩较小。
19
三、具有变频装置的电轴系统如果要求电轴系统具有较大的调速范围，而且调速平滑，则可采用具有变颁装置的电轴系统。
图中的变频装置可以是电机型的或晶闸管的变频线路。电动机是绕线转子异步电动机，它们既是主拖动电动机，又是均衡电动机，这与具有公共可变电阻器的电轴系统中的两台电动机是相似的。
)(60)1(60 111 sffpsp fn
12 sff?
p
ffn )(60 21
用变频装置以平滑调节,即可实现电轴系统的平滑调速。
2f
20
第十三章 结 束
一、他励直流电动机的双机拖动如果同一型号的两台电动机硬轴联结，两台电动机的机械特性相同，则负载在两台电动机间分配平均，每台电动机能得到充分利用。
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他励直流电动机双机拖动的特性 双机拖动的合成特性单台电动机的特性电枢电阻不同的两台电动机硬轴联接的特性
1和 2分别为两台电动机的特性双机拖动的合成特性
3
当电源电压允许较高时，采用两台电动机的电枢串联，也可使负载在两台电动机间的分配均匀。因为当两个电枢串联联结时，两台电动机通过的电流相同，如果两台电动机的磁通相等，负载在两台电动机间自然均匀分配了。
两台他励直流电动机电枢串联电路图两电枢串联时双机拖动的特性
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二、交流异步电动机的双机拖动两台异步电动机硬轴联接示意图
M1电动状态,M2
能耗制动状态
M1电动状态,M2
反接制动状态两台异步电动机定子绕组联结成并联时，经常使一台电动机工作于电动状态，而另一台电动机则在制动状态下运转，可以扩大异步电动机的调速范围并获得稳定的低速。
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电动状态特性合成特性能耗制动特性电动状态特性合成特性反接制动特性
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第二节 同步旋转系统（电轴）
电气同步旋转系统通常又称为电轴，在这种系统中，机械上没有联系的几个工作机构，可以有相同的转速或恒定的转速比例关系。
电轴系统主要可分为三种：
1）具有辅助电动机的电轴系统。
2）具有公共可变电阻器的电轴系统。
3）具有变频装置的电轴系统。
一、具有辅助电动机的电轴系统具有辅助异步电动机的电轴系统的原理图
M1和 M2为主拖动电动机,BM1
和 BM2为辅助电动机。
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（一）辅助电动机顺着定子磁场旋转转子相量图两转子绕组的相对位置图转子相量图两转子绕组的相对位置图当两个辅助电动机的转子顺着它们定子磁场的转向旋转，而且两机转子绕组的轴线对于定子磁场的轴线具有相同的位置时，在 BM1及 BM2的转子电路中没有电流通过。
如果主机 轴上的负载增加，大于第二台主机轴上的 负载时，辅机 BM1的转子开始落后于
BM2的转子。两绕组轴线间有一位差角 θ 。
1M
1ZT
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这样，两辅机的转子电动势大小相等，但不同相，转子电路内合成电动势,在它的作用下，辅机的转子电路中将产生平衡电流,它滞后于 某一角度。
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平衡电流为辅机 BM1中电流的有功分量
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辅机 BM2的转矩
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可见，在某一位差角 θ 及转差率 s下，两辅机的转矩是不相等的。
当辅机转子顺磁场旋转时,T1总是正值，而 T2则可能是负值。
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辅机转矩的相对值对于位差角的特性曲线辅机 BM1工作如一台电动机，
它产生与其定子旋转磁场同向的正值转矩（ T1为正值），从而减轻了主机 M1的负载。
辅机 BM2工作如一发电机，
它由轴上与转子电路分别吸取机械功率与电功率，并由定子将电功率向电网输出。
10
（二）辅助电动机逆着定子磁场旋转在一定的位差角下，转差率愈高，则辅机发出的转矩愈大。因此，
为了保证可靠的同步运行，实际上常使辅机转子逆着定子磁场旋转，
此时 s>1,T1 及 T2可得到加大。
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BM2的转子电动势。
21 ZZ TT?
电轴系统中的平衡作用决定于两辅机转矩之差，我们把这个转矩差称为平衡转矩 （辅机顺磁场旋转时 ）
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2
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11
（三）电轴系统的起动
0?
电轴系统起动时，必须先使两辅机整步。这是因为系统在上一次停车时，由于两轴的惯性可能不一致，以及两轴制动的时间和转短不一致等原因，造成两轴的位置不一致，两辅机转子间在起动时将存在一位差角,如不作整步，当 较大时，在转子电路中将流过太大的起动电流，还可能导致系统失步。 0?
可见，起动时把两辅机定子接到三相电网（两主机未接电源），可能达不到整步的目的。用单相线路法可以使电轴系统在起动时整步：
即在起动时，将两辅机的定子绕组的一相与电网断开，另外两相接到电网。待整步后，将断开的一相接通电源。而后使两主机起动。
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1.25 snn?
[例 13-1] 有一个带辅机的电轴系统，接线如图所示，分别相当于辅机转子顺磁场及逆磁场旋转两种情况。两轴负载,。
如果忽略系统中的损耗，试分别就顺磁场和逆磁场旋转的两种情况，
在每种情况下，当（ a） 及（ b） 时，电轴系统中功率传送的方向及分配情况。
%801?zT %602?zT
0.5 snn?
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解 在稳定状态下，两台主机的转矩彼此相等，
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当 时21 zz TT? 2
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忽略（ ）项?cos1?
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21 DDD TTT %70)%6080(
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21 zz TT
即两主机定子输入功率为 70%
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即辅机 BM1在轴上输出功率 10%，而辅机 BM2则由轴上输入功率
10%。
（一）辅机顺磁场旋转时
1、
0.5 snn? 0,5s
s
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n
15
（ 1）辅机 BM1的轴上机械功率 %102?P
（ 2）辅机 BM1的定子功率
%205.01 %101 21 sPP
（ 3）辅机 BM1的转差功率 %10%205.0
1sP
（ 4）辅机 BM2的轴上机械功率 %10
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（ 5）辅机 BM2的定子功率
%205.01 %101 21 sPP
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1.25 snn? 0,2 5s
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（ 1） %102?P
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即辅机 BM1转子输入功率为 2%
（ 4） %102P
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（二）辅机逆磁场旋转时
1 0.5
snn
（逆磁场旋转时取负号）
1,5s
s
nns
n
（ 1） %10
2?P
（ 2）
%205.11 %101 21 sPP
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（ 3） %30%)20(5.11sP
（ 4） %10
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1.25 snn 2,2 5s
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（ 1） %102?P
（ 2）
%825.21 %101 21 sPP
（ 3） %18%)8(25.2
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二、具有公共可变电阻器的电轴系统当两轴的负载不平衡程度不大时，可用具有公共可变电阻器的电轴系统。在这种系统中，主机为绕线转子异步电动机，它们的定子接于电网，转子电路并联于一个公共可变电阻器 RΩ上。
起动具有公共可变电阻器的电轴系统时也必须进行整步，两电动机应在断开公共可变电阻器的情况下接入电网，方法与具有辅机的电轴系统相似。如有必要，也可应用单相线路法来整步。待整步后，
接入公共可变电阻器，两台电动机开始旋转，为了使两电动机加速，
可逐步切除公共可变电阻器的部分电阻。
在具有公共可变电阻器的电轴系统中，由于电动机转子只能顺着磁场方向旋转，转差率不大，
电动机的平衡转矩较小。
19
三、具有变频装置的电轴系统如果要求电轴系统具有较大的调速范围，而且调速平滑，则可采用具有变颁装置的电轴系统。
图中的变频装置可以是电机型的或晶闸管的变频线路。电动机是绕线转子异步电动机，它们既是主拖动电动机，又是均衡电动机，这与具有公共可变电阻器的电轴系统中的两台电动机是相似的。
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用变频装置以平滑调节,即可实现电轴系统的平滑调速。
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第十三章 结 束
