船舶电气设备及系统第07章电力拖动基础课件

1、第7章 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 第1页，共65页。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 第2页，共65页。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。 第3页，共65页。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

2、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) 恒转矩负载特性第4页，共65页。(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.第5页，共65页。(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。第6页，共65页。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

3、转矩之和TL，而下放重物时则是两者之差TL。第7页，共65页。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 第8页，共65页。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第9页，共65页。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

4、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. 第10页，共65页。2)电力拖动系统维持稳定运行的条件 TTLnn0132ACB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ABn(不变)CnT当电源电压恢复(升高)时CDn(不变)AnTTT第11页，共65页。TTLnn012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. ABTLT,n,TABCTLTLTLT,n,TA

5、CTLT,n,T第12页，共65页。 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。第13页，共65页。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.反接制动第30页，共65页。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：BCA （n=0）第3

6、1页，共65页。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ABC（n=0）D负载将等速下落第32页，共65页。当转子的转速超过旋转磁场的转速(s T0 n飞车第52页，共65页。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。第53页，共65页。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

7、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)制动第54页，共65页。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 第55页，共65页。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。 第56页，共65页。2. 回馈制动调速过程中出现的回馈制动 电动机在电动状

8、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。 第57页，共65页。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。 第58页，共65页。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

9、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第59页，共65页。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Ub.改变电枢电路的电阻R第60页，共65页。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。第61页，共65页。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。第62页，共65页。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