船舶電氣設備及系統(tǒng)第07章電力拖動基礎課件

1、第7章 電力拖動基礎7.1 電力拖動系統(tǒng)運行的基本概念7.2 三相異步電動機的起動、制動與調速7.3 直流電動機的起動、制動與調速 第1頁，共65頁。內容簡介 本章主要內容包括電力拖動的基本概念、電力拖動系統(tǒng)的調速和制動等的基本原理和方法 第2頁，共65頁。7.1 電力拖動系統(tǒng)運行的基本概念分析、研究電力拖動系統(tǒng)運行狀態(tài)的主要依據是：1）電動機的機械特性n=f（T），即電動機的轉速隨電磁轉矩變化的規(guī)律；2）生產機械的負載轉矩特性n=f（TL），即生產機械的轉速與負載轉矩之間的關系。 第3頁，共65頁。負載的轉矩特性是指負載轉矩與轉速之間的關系n=f(TL)特性.大致可歸納為恒轉矩和變轉矩兩類

2、7.1.1 生產機械的負載轉矩特性 (1) 反抗性恒轉矩負載機械特性: 負載轉矩的作用方向總是與運動方向相反, 始終是阻礙運動的. 1) 恒轉矩負載特性第4頁，共65頁。(2) 位能性恒轉矩負載機械特性: 負載轉矩是受重力作用而產生的, 其負載轉矩的大小和作用方向始終保持不變, 不受轉速大小和轉動方向的影響.第5頁，共65頁。(2) 恒功率型負載機械特性: 轉矩與轉速成反比, 而兩者之積(功率)近似保持不變。2) 變轉矩負載機械特性(1) 通風機型負載機械特性: 其轉矩與轉速的平方成正比。第6頁，共65頁。船舶起貨機的多級傳動機構是反抗性摩擦轉矩，當起升重物時電動機的負載阻轉矩是位能轉矩與反抗

3、轉矩之和TL，而下放重物時則是兩者之差TL。第7頁，共65頁。簡單拖動系統(tǒng)的運動規(guī)律可用如下的運動方程來描述, 即 機械角速度=2n/60, Jkgm2為系統(tǒng)轉動慣量, GD2Nm2為系統(tǒng)的飛輪矩, 這兩者之間的關系為 J=GD2/4g, 重力加速度常數g=9.81m / s2.1) 電力拖動系統(tǒng)運動方程式 7.1.2 電動機的工作狀態(tài)及電力拖動系統(tǒng)運行方程式 第8頁，共65頁。電動機軸上的等效負載轉矩TL與工作機構的實際負載轉矩Tc的關系為多軸電力拖動系統(tǒng)化簡為等效的單軸系統(tǒng)第9頁，共65頁。根據系統(tǒng)儲存的總動能不變的原則可進行等效飛輪矩的折算. 電動機軸上總的等效動能應等于各軸的動能之和

4、從而可得折算到電動機軸上的單軸等效飛輪矩為 當T=TL時, dn/dt=0, 系統(tǒng)以不變的轉速穩(wěn)定運行. 只要TTL, 則dn/dt0, 從而使系統(tǒng)處于加速或減速的變化狀態(tài). 第10頁，共65頁。2)電力拖動系統(tǒng)維持穩(wěn)定運行的條件 TTLnn0132ACB當系統(tǒng)受到電壓的波動時, 將引起系統(tǒng)轉速的變化. 擾動消逝后它將能夠恢復到原平衡點. D當電源電壓下降(恢復)時ABn(不變)CnT當電源電壓恢復(升高)時CDn(不變)AnTTT第11頁，共65頁。TTLnn012當負載轉矩波動時, 將引起系統(tǒng)轉速的變化. 擾動消逝后它將能夠恢復到原平衡點. ABTLT,n,TABCTLTLTLT,n,TA

5、CTLT,n,T第12頁，共65頁。 電動機機械特性曲線與負載特性曲線的交點是系統(tǒng)的一個平衡點,系統(tǒng)維持穩(wěn)定運行的條件為：在該交點所對應的轉速之上有TTL，而在交點所對應的轉速之下TTL 。其作用都是力圖阻止轉速的偏離, 因而擾動消逝后它將能夠恢復到原平衡點。該點為電機的穩(wěn)定工作點。第13頁，共65頁。負載轉矩電動機轉矩時, 電機減速，直到轉速為0為止，電機停轉(堵轉)。負載轉矩1時, 則發(fā)生反接制動。因此, 改變旋轉磁場的轉向或改變轉子的轉向都將產生反接制動。三相異步電動機的制動1.反接制動第30頁，共65頁。反接定子接電源的相序(1)改變旋轉磁場轉向的反接制動工作點：BCA （n=0）第3

6、1頁，共65頁。繞線式異步電動機拖動位能負載時, 用轉子電路串電阻可產生倒拉反接制動。(2)轉子反轉的倒拉反接制動提升負載時電動機工作在A點，此時在轉子電路中串一電阻。工作點：由ABC（n=0）D負載將等速下落第32頁，共65頁。當轉子的轉速超過旋轉磁場的轉速(s T0 n飛車第52頁，共65頁。反轉電動機的轉動方向由電磁力矩的方向確定。（1）改變勵磁電流的方向。改變直流電機轉向的方法：注意：改變轉動方向時，勵磁電流和電樞電流兩 者的方向不能同時變。（2）或改變電樞電流的方向。第53頁，共65頁。他勵直流電動機主磁通方向不變, 唯有電流I與電動勢E方向相反時, 才產生驅動轉矩。7.2.2 直流

7、電動機的制動(3) 能耗制動電動機的基本制動方式有三種:(1) 反接制動(2) 回饋(發(fā)電)制動第54頁，共65頁。1. 反接制動電源反接制動 電動機在電動狀態(tài)下運行時，將其電樞電壓反接，并同時在電樞回路中串入電阻，以限制換接時的電樞電流。其特性方程為 第55頁，共65頁。倒拉反接制動 電動機帶一位能性負載TL運行于電動狀態(tài)（特性曲線的a點），若在電樞回路中串入足夠大的電阻RB，使其電磁轉矩減?。═STTL)，以致電動機在負載轉矩拖動下進入反轉，即機械特性曲線向第4象限的延伸段，此時電動機便進入了倒拉反接制動運行狀態(tài)。 第56頁，共65頁。2. 回饋制動調速過程中出現的回饋制動 電動機在電動狀

8、態(tài)下運行時，若對電動機進行降壓調速，則降壓后的特性曲線的理想空載轉速n0降低，而電動機的轉速n因慣性而不能突變，因而電動機便由特性曲線的a點過渡到曲線的b點而進入制動運行，即降壓后的機械特性曲線向第2象限的延伸段。 第57頁，共65頁。位能性負載作用下產生的回饋制動 電動機帶一位能性負載反向起動（參考方向的設定參見異步電動機回饋制動一節(jié)），則電動機將在負載轉矩和電磁轉矩共同作用下反轉并加速直至機械特性曲線的d點，即為反向運行機械特性曲線向第4象限的延伸段，如圖7-22b）所示，電動機最后穩(wěn)定運行于回饋制動狀態(tài)。 第58頁，共65頁。切斷運行電動機的電樞電源, 并將電樞立即與能耗制動電阻R構成回

9、路。制動時的電樞電壓為零，所以 n0= 0，其機械特性曲線是一條通過原點的直線。 3.能耗制動 他勵直流電動機的能耗制動第59頁，共65頁。根據直流電動機的機械特性的表示式 7.3.3 直流電動機的調速 c. 改變主磁通直流電動機有三種基本調速方法:a. 改變電樞電壓Ub.改變電樞電路的電阻R第60頁，共65頁。特點及應用與繞線式異步電動機轉子串電阻調速基本相同。1.電樞串電阻調速保持額定電樞電壓和主磁通不變, 電樞電路串入電阻R。第61頁，共65頁。特點是功耗小; 控制方便; 調速平滑。2.改變主磁通(或稱弱磁)調速在電樞保持額定的電壓下, 減小主磁通將使理想空載轉速n0升高。第62頁，共65頁。電樞不串電阻并保持額定磁通不變, 降低電樞電壓U。3.改變電樞電壓