船舶电气设备及系统-大连海事大学第07章电力拖动基础.ppt

船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 第第7 7章章 电力拖动基础电力拖动基础 7.1 电力拖动系统运行的基本概念 7.2 三相异步电动机的起动、制动与调速 7.3 直流电动机的起动、制动与调速 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 内容简介内容简介 本章主要内容包括电力拖 动的基本概念、电力拖动系统 的调速和制动等的基本原理和 方法 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 7.1 电力拖动系统运行的基本概念 分析、研究电力拖动系统运行状态的主要依据是 ： 1）电动机的机械特性n=f（T），即电动机 的转速随电磁转矩变化的规律； 2）生产机械的负载转矩特性n=f（TL），即 生产机械的转速与负载转矩之间的关系。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 负载的转矩特性是指负载转矩与转速之间的关系 n=f(TL)特性.大致可归纳为恒转矩和变转矩两类 7.1.1 生产机械的负载转矩特性 (1) 反抗性恒转矩负载机 械特性: 负载转矩的作用 方向总是与运动方向相反, 始终是阻碍运动的. 1) 恒转矩负载特性 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 (2) 位能性恒转矩负载机械 特性: 负载转矩是受重力作 用而产生的, 其负载转矩的 大小和作用方向始终保持 不变, 不受转速大小和转动 方向的影响. 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 (2) 恒功率型负载机械特性: 转矩与转速成反比, 而两 者之积(功率)近似保持不变。 2) 变转矩负载机械特性 (1) 通风机型负载机械特性: 其转矩与转速的平方成正比。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 船舶起货机的多级传动机 构是反抗性摩擦转矩，当 起升重物时电动机的负载 阻转矩是位能转矩与反抗 转矩之和TL，而下放重物 时则是两者之差TL。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 简单拖动系统的运动规律可用如下的运动方程来描述, 即 机械角速度=2n/60, Jkgm2为系统转动惯量, GD2Nm2为系统的飞轮矩, 这两者之间的关系为 J=GD2/4g, 重力加速度常数g=9.81m / s2. 1) 电力拖动系统运动方程式 7.1.2 电动机的工作状态及电力拖动系统运行方程式 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 电动机轴上的等效负载转矩TL与工作机构的实际负载转 矩Tc的关系为 多轴电力拖动系统化简为等效的单轴系统 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 根据系统储存的总动能不变的原则可进行等效飞轮 矩的折算. 电动机轴上总的等效动能应等于各轴的动 能之和 从而可得折算到电动机轴上的单轴等效飞轮矩为 当T=TL时, dn/dt=0, 系统以不变的转速稳定运行. 只 要TTL, 则dn/dt0, 从而使系统处于加速或减速的变 化状态. 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 2)电力拖动系统维持稳定运行的条件 T TL n n0 13 2 A C B 当系统受到电压的波动时, 将引起系统转速的变化. 扰 动消逝后它将能够恢复到原 平衡点. D 当电源电压下降(恢复)时 AB n(不变) C nT 当电源电压恢复(升高)时 CD n(不变) A nT T T 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 T TL n n0 1 2 当负载转矩波动时, 将引起 系统转速的变化. 扰动消逝 后它将能够恢复到原平衡点 . AB TLT,n,T A B C TLTL TLT,n,T 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 电动机机械特性曲线与负载特性曲线的交点是 系统的一个平衡点,系统维持稳定运行的条件为： 在该交点所对应的转速之上有TTL，而在交点所 对应的转速之下TTL 。其作用都是力图阻止转 速的偏离, 因而扰动消逝后它将能够恢复到原平衡 点。该点为电机的稳定工作点。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 负载转矩电动机转矩时, 电机减速，直到转速为0 为止，电机停转(堵转)。 负载转矩1时, 则发生反接制动。因此, 改变 旋转磁场的转向或改变转子 的转向都将产生反接制动。 三相异步电动机的制动 1.反接制动 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 反接定子接电源的相序 (1)改变旋转磁场转向的反接制动 工作点： B C A （n=0） 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 绕线式异步电动机拖动位能 负载时, 用转子电路串电阻 可产生倒拉反接制动。 (2)转子反转的倒拉反接制动 提升负载时电动机工作在A 点，此时在转子电路中串一 电阻。 工作点：由A BC（n=0） D 负载将等速下落 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 当转子的转速超过旋转磁场的 转速(s T0 n飞车 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 反转 电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。 （1）改变励磁电流的方向。 改变直流电机转向的方法： 注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两 者的方向不能同时变。 （2）或改变电枢电流的方向。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 他励直流电动机主磁通方向不变, 唯有电流I与电 动势E方向相反时, 才产生驱动转矩。 7.2.2 直流电动机的制动 (3) 能耗制动 电动机的基本制动方式有三种: (1) 反接制动 (2) 回馈(发电)制动 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 1. 反接制动 电源反接制动 电动机在电动状态下运行时 ，将其电枢电压反接，并同 时在电枢回路中串入电阻， 以限制换接时的电枢电流。 其特性方程为 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 倒拉反接制动 电动机带一位能性负载TL运行 于电动状态（特性曲线的a点 ），若在电枢回路中串入足够 大的电阻RB，使其电磁转矩减 小（TSTTL)，以致电动机在 负载转矩拖动下进入反转，即 机械特性曲线向第4象限的延 伸段，此时电动机便进入了倒 拉反接制动运行状态。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 2. 回馈制动 调速过程中出现的回馈制动 电动机在电动状态下运行时，若 对电动机进行降压调速，则降压 后的特性曲线的理想空载转速n0 降低，而电动机的转速n因惯性而 不能突变，因而电动机便由特性 曲线的a点过渡到曲线的b点 而进入制动运行，即降压后的机 械特性曲线向第2象限的延伸段 。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 位能性负载作用下产生的回馈制动 电动机带一位能性负载反向起动（ 参考方向的设定参见异步电动机回 馈制动一节），则电动机将在负载 转矩和电磁转矩共同作用下反转并 加速直至机械特性曲线的d点， 即为反向运行机械特性曲线向第 4象限的延伸段，如图7-22b）所示 ，电动机最后稳定运行于回馈制动 状态。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 切断运行电动机的电枢电源, 并将电枢立即与能耗制动电 阻R构成回路。制动时的电 枢电压为零，所以 n0= 0， 其机械特性曲线是一条通过 原点的直线。 3.能耗制动 他励直流电动机的能耗制动 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 根据直流电动机的机械特性的表示式 7.3.3 直流电动机的调速 c. 改变主磁通 直流电动机有三种基本调速方法: a. 改变电枢电压U b .改变电枢电路的电阻R 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 特点及应用与绕线式异步电动 机转子串电阻调速基本相同。 1.电枢串电阻调速 保持额定电枢电压和主磁通不 变, 电枢电路串入电阻R。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 特点是功耗小; 控制方便; 调速 平滑。 2.改变主磁通(或称弱磁)调速 在电枢保持额定的电压下, 减 小主磁通将使理想空载转速 n0升高。 船舶电气设备及系统 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 电枢不串电阻并保持额定磁 通不变, 降低电枢电压U。 3.改变电枢电压(或