船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)第07章電力拖動(dòng)基礎(chǔ)課件

1、第7章 電力拖動(dòng)基礎(chǔ)7.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的基本概念7.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速7.3 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速 第1頁(yè)，共65頁(yè)。內(nèi)容簡(jiǎn)介 本章主要內(nèi)容包括電力拖動(dòng)的基本概念、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速和制動(dòng)等的基本原理和方法 第2頁(yè)，共65頁(yè)。7.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的基本概念分析、研究電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的主要依據(jù)是：1）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f（T），即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩變化的規(guī)律；2）生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性n=f（TL），即生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。 第3頁(yè)，共65頁(yè)。負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系n=f(TL)特性.大致可歸納為恒轉(zhuǎn)矩和變轉(zhuǎn)矩兩類

2、7.1.1 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 (1) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性: 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用方向總是與運(yùn)動(dòng)方向相反, 始終是阻礙運(yùn)動(dòng)的. 1) 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性第4頁(yè)，共65頁(yè)。(2) 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性: 負(fù)載轉(zhuǎn)矩是受重力作用而產(chǎn)生的, 其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和作用方向始終保持不變, 不受轉(zhuǎn)速大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的影響.第5頁(yè)，共65頁(yè)。(2) 恒功率型負(fù)載機(jī)械特性: 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比, 而兩者之積(功率)近似保持不變。2) 變轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性(1) 通風(fēng)機(jī)型負(fù)載機(jī)械特性: 其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比。第6頁(yè)，共65頁(yè)。船舶起貨機(jī)的多級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是反抗性摩擦轉(zhuǎn)矩，當(dāng)起升重物時(shí)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩是位能轉(zhuǎn)矩與反抗

3、轉(zhuǎn)矩之和TL，而下放重物時(shí)則是兩者之差TL。第7頁(yè)，共65頁(yè)。簡(jiǎn)單拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用如下的運(yùn)動(dòng)方程來描述, 即 機(jī)械角速度=2n/60, Jkgm2為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, GD2Nm2為系統(tǒng)的飛輪矩, 這兩者之間的關(guān)系為 J=GD2/4g, 重力加速度常數(shù)g=9.81m / s2.1) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式 7.1.2 電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行方程式 第8頁(yè)，共65頁(yè)。電動(dòng)機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與工作機(jī)構(gòu)的實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tc的關(guān)系為多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)化簡(jiǎn)為等效的單軸系統(tǒng)第9頁(yè)，共65頁(yè)。根據(jù)系統(tǒng)儲(chǔ)存的總動(dòng)能不變的原則可進(jìn)行等效飛輪矩的折算. 電動(dòng)機(jī)軸上總的等效動(dòng)能應(yīng)等于各軸的動(dòng)能之和

4、從而可得折算到電動(dòng)機(jī)軸上的單軸等效飛輪矩為 當(dāng)T=TL時(shí), dn/dt=0, 系統(tǒng)以不變的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)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(yè)，共65頁(yè)。2)電力拖動(dòng)系統(tǒng)維持穩(wěn)定運(yùn)行的條件 TTLnn0132ACB當(dāng)系統(tǒng)受到電壓的波動(dòng)時(shí), 將引起系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的變化. 擾動(dòng)消逝后它將能夠恢復(fù)到原平衡點(diǎn). D當(dāng)電源電壓下降(恢復(fù))時(shí)ABn(不變)CnT當(dāng)電源電壓恢復(fù)(升高)時(shí)CDn(不變)AnTTT第11頁(yè)，共65頁(yè)。TTLnn012當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí), 將引起系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的變化. 擾動(dòng)消逝后它將能夠恢復(fù)到原平衡點(diǎn). ABTLT,n,TABCTLTLTLT,n,TA

5、CTLT,n,T第12頁(yè)，共65頁(yè)。 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線與負(fù)載特性曲線的交點(diǎn)是系統(tǒng)的一個(gè)平衡點(diǎn),系統(tǒng)維持穩(wěn)定運(yùn)行的條件為：在該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上有TTL，而在交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速之下TTL 。其作用都是力圖阻止轉(zhuǎn)速的偏離, 因而擾動(dòng)消逝后它將能夠恢復(fù)到原平衡點(diǎn)。該點(diǎn)為電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。第13頁(yè)，共65頁(yè)。負(fù)載轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí), 電機(jī)減速，直到轉(zhuǎn)速為0為止，電機(jī)停轉(zhuǎn)(堵轉(zhuǎn))。負(fù)載轉(zhuǎn)矩1時(shí), 則發(fā)生反接制動(dòng)。因此, 改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向或改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向都將產(chǎn)生反接制動(dòng)。三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)1.反接制動(dòng)第30頁(yè)，共65頁(yè)。反接定子接電源的相序(1)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向的反接制動(dòng)工作點(diǎn)：BCA （n=0）第3

6、1頁(yè)，共65頁(yè)。繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能負(fù)載時(shí), 用轉(zhuǎn)子電路串電阻可產(chǎn)生倒拉反接制動(dòng)。(2)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的倒拉反接制動(dòng)提升負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在A點(diǎn)，此時(shí)在轉(zhuǎn)子電路中串一電阻。工作點(diǎn)：由ABC（n=0）D負(fù)載將等速下落第32頁(yè)，共65頁(yè)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速(s T0 n飛車第52頁(yè)，共65頁(yè)。反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由電磁力矩的方向確定。（1）改變勵(lì)磁電流的方向。改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法：注意：改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，勵(lì)磁電流和電樞電流兩 者的方向不能同時(shí)變。（2）或改變電樞電流的方向。第53頁(yè)，共65頁(yè)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)主磁通方向不變, 唯有電流I與電動(dòng)勢(shì)E方向相反時(shí), 才產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。7.2.2 直流

7、電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)(3) 能耗制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的基本制動(dòng)方式有三種:(1) 反接制動(dòng)(2) 回饋(發(fā)電)制動(dòng)第54頁(yè)，共65頁(yè)。1. 反接制動(dòng)電源反接制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，將其電樞電壓反接，并同時(shí)在電樞回路中串入電阻，以限制換接時(shí)的電樞電流。其特性方程為 第55頁(yè)，共65頁(yè)。倒拉反接制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)帶一位能性負(fù)載TL運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)（特性曲線的a點(diǎn)），若在電樞回路中串入足夠大的電阻RB，使其電磁轉(zhuǎn)矩減?。═STTL)，以致電動(dòng)機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)下進(jìn)入反轉(zhuǎn)，即機(jī)械特性曲線向第4象限的延伸段，此時(shí)電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入了倒拉反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 第56頁(yè)，共65頁(yè)。2. 回饋制動(dòng)調(diào)速過程中出現(xiàn)的回饋制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀

8、態(tài)下運(yùn)行時(shí)，若對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行降壓調(diào)速，則降壓后的特性曲線的理想空載轉(zhuǎn)速n0降低，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n因慣性而不能突變，因而電動(dòng)機(jī)便由特性曲線的a點(diǎn)過渡到曲線的b點(diǎn)而進(jìn)入制動(dòng)運(yùn)行，即降壓后的機(jī)械特性曲線向第2象限的延伸段。 第57頁(yè)，共65頁(yè)。位能性負(fù)載作用下產(chǎn)生的回饋制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)帶一位能性負(fù)載反向起動(dòng)（參考方向的設(shè)定參見異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)一節(jié)），則電動(dòng)機(jī)將在負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩共同作用下反轉(zhuǎn)并加速直至機(jī)械特性曲線的d點(diǎn)，即為反向運(yùn)行機(jī)械特性曲線向第4象限的延伸段，如圖7-22b）所示，電動(dòng)機(jī)最后穩(wěn)定運(yùn)行于回饋制動(dòng)狀態(tài)。 第58頁(yè)，共65頁(yè)。切斷運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的電樞電源, 并將電樞立即與能耗制動(dòng)電阻R構(gòu)成回

9、路。制動(dòng)時(shí)的電樞電壓為零，所以 n0= 0，其機(jī)械特性曲線是一條通過原點(diǎn)的直線。 3.能耗制動(dòng) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)第59頁(yè)，共65頁(yè)。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的表示式 7.3.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 c. 改變主磁通直流電動(dòng)機(jī)有三種基本調(diào)速方法:a. 改變電樞電壓Ub.改變電樞電路的電阻R第60頁(yè)，共65頁(yè)。特點(diǎn)及應(yīng)用與繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速基本相同。1.電樞串電阻調(diào)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(yè)，共65頁(yè)。特點(diǎn)是功耗小; 控制方便; 調(diào)速平滑。2.改變主磁通(或稱弱磁)調(diào)速在電樞保持額定的電壓下, 減小主磁通將使理想空載轉(zhuǎn)速n0升高。第62頁(yè)，共65頁(yè)。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