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1、船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室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轮机学院电气及自动化教研室 本章主要内容包括电力拖本章主要内容包括电力拖动的基本概念、电力拖动系统动的基本概念、电力拖动系统的调速和制动等的基本原理和的调速和制动等的基本原理和方法方法 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室7.1
2、电力拖动系统运行的基本概念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：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）电动机的机械特性n=f（T），即电动机，即电动机的转速随电磁转矩变化的规律；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）生产机械的负载转矩特性n=f（TL），即，即生产机械的转速与负载转矩之间的关系。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)特性特性.大
3、致可归纳为恒转矩和变转矩两类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生产机械的负载转矩特性 (1) 反抗性恒转矩负载机反抗性恒转矩负载机械特性械特性: 负载转矩的作用负载转矩的作用方向总是与运动方向相反方向总是与运动方向相反, 始终是阻碍运动的始终是阻碍运动的. 1) 恒转矩负载特性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轮机学院电气及自动化教研室(2) 位能性恒转矩负载机械位能性恒转矩负载机械特性特性: 负载转矩是受重力负载转矩是受重力作用而产生的作用而产生的, 其负载转矩其负载转矩的大小和作用方向始终保的大小和作用方向始终保持不变持不变,
4、 不受转速大小和转不受转速大小和转动方向的影响动方向的影响.船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2) 恒功率型负载机械特性恒功率型负载机械特性: 转矩与转速成反比转矩与转速成反比, 而两而两者之积者之积(功率功率)近似保持不变近似保持不变。2) 变转矩负载机械特性变转矩负载机械特性(1) 通风机型负载机械特性通风机型负载机械特性: 其转矩与转速的平方成正比。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轮机学院电气及自动化教研室船舶起货机的多级传动机船舶起货机的多级传动机构是反抗性摩擦转矩，当构是反抗性摩擦转矩，当起升
5、重物时电动机的负载起升重物时电动机的负载阻转矩是位能转矩与反抗阻转矩是位能转矩与反抗转矩之和转矩之和TL，而下放重物，而下放重物时则是两者之差时则是两者之差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简单拖动系统的运动规律可用如下的运动方程来描述, 即即 TTJddtGD dndtL2375机械角速度机械角速度 =2 n/60, Jkgm2为系统转动惯量为系统转动惯量, GD2Nm2为系统的飞轮矩为系统的飞轮矩, 这两者之间的关系为这两者之间的关系为 J=GD2/4g, 重力加速度常数重力加速度常数g=9.8
6、1m / s2.1) 电力拖动系统运动方程式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电动机轴上的等效负载转矩TL与工作机构的实际负载转与工作机构的实际负载转矩矩Tc的关系为的关系为TTnn TLcccc(/)(/ )多轴电力拖动系统化简为等效的单轴系统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根据系统储
7、存的总动能不变的原则可进行等效飞轮矩的折算矩的折算. 电动机轴上总的等效动能应等于各轴的动电动机轴上总的等效动能应等于各轴的动能之和能之和 12122021122JJJJcc()从而可得折算到电动机轴上的单轴等效飞轮矩为从而可得折算到电动机轴上的单轴等效飞轮矩为GDGDGDnnGDnncc202121222(/ )(/ ) 当当T=TL时时, dn/dt=0, 系统以不变的转速稳定运行系统以不变的转速稳定运行. 只只要要TTL, 则则dn/dt0, 从而使系统处于加速或减速的变从而使系统处于加速或减速的变化状态化状态. 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教
8、研室2)电力拖动系统维持稳定运行的条件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当系统受到电压的波动时, 将引起系统转速的变化将引起系统转速的变化. 扰扰动消逝后它将能够恢复到原动消逝后它将能够恢复到原平衡点平衡点. D当电源电压下降当电源电压下降(恢复恢复)时时ABn(不变)CnT当电源电压恢复当电源电压恢复(升高升高)时时CDn(不变)AnTTT船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室TTLnn012当负载转矩波动时当负载转矩波动时, 将引起将引起系统转速的变化系统转速的变化. 扰动消逝扰动消逝后它将能够恢复到原平衡
9、点后它将能够恢复到原平衡点. ABTLT,n,TABCTLTLTLT,n,TACTLT,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的一个平衡点, ,系统维持稳定运行的条件为：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在该交点所对应的转速之上有T TT TL L，而在交点所，而在交点所对应的转速之下对应的转速之下T TT TL L 。其作用都是力图阻止转其作用都是力图阻止转速的偏离速的偏离, 因而扰动消逝后它将能够恢复到原平衡因而扰动消逝后它将
10、能够恢复到原平衡点。该点为电机的稳定工作点。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轮机学院电气及自动化教研室负载转矩负载转矩电动机转矩时电动机转矩时, 电机减速，直到转速为电机减速，直到转速为0为止，电机停转为止，电机停转(堵转堵转)。负载转矩负载转矩1时时, 则发生反接制动则发生反接制动。因此。因此, 改改变旋转磁场的转向或改变转变旋转磁场的转向或改变转子的转向都将产生反接制动。子的转向都将产生反接制动。三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动1.反接制动反接制动100nnnS船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教
11、研室反接定子接电源的相序反接定子接电源的相序(1)改变旋转磁场转向的反接制动改变旋转磁场转向的反接制动工作点：工作点：BCA （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绕线式异步电动机拖动位能负载时负载时, 用转子电路串电阻用转子电路串电阻可产生倒拉反接制动。可产生倒拉反接制动。(2)转子反转的倒拉反接制动转子反转的倒拉反接制动提升负载时电动机工作在提升负载时电动机工作在A点，此时在转子电路中串一点，此时在转子电路中串一电阻。电阻。工作点：由工作点：由ABC（n=0）D负载将等速下落负载将等速下落船舶电气设备及系统 课 件轮
12、机学院电气及自动化教研室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当转子的转速超过旋转磁场的转速转速(s T0 n 飞车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轮机学院电气及自动化教研室反转反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1 1）改变励磁电流的方向。）改变励磁电流的方向。改变直流电机转向的方法：改变直流电机转向的方法：注意：注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两 者的方向不能同时变。者的方向不能同时变。（2 2）或改变电枢电流的方向。）或改变电枢电流的方向。船舶电气设备及系统 课
13、 件轮机学院电气及自动化教研室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他励直流电动机主磁通方向不变, 唯有电流唯有电流I与与电动势电动势E方向相反时方向相反时, 才产生驱动转矩。才产生驱动转矩。7.2.2 直流电动机的制动直流电动机的制动(3) 能耗制动能耗制动电动机的基本制动方式有三种电动机的基本制动方式有三种:(1) 反接制动反接制动(2) 回馈回馈(发电发电)制动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轮机学院电气及自动化教研室1. 反接制动反接制动电源反接制动电源反接制动 电动机在电动状态下运行时，电动机在电动状态下运行时，将其电枢电压反接，并同时将其电枢
14、电压反接，并同时在电枢回路中串入电阻，以在电枢回路中串入电阻，以限制换接时的电枢电流。其限制换接时的电枢电流。其特性方程为特性方程为 TKKRRKUn2TEBaE船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室倒拉反接制动倒拉反接制动 电动机带一位能性负载电动机带一位能性负载TL运行运行于电动状态（特性曲线于电动状态（特性曲线的的a点），若在电枢回路中串入足点），若在电枢回路中串入足够大的电阻够大的电阻RB，使其电磁转矩，使其电磁转矩减小（减小（TSTTL)，以致电动机，以致电动机在负载转矩拖动下进入反转，在负载转矩拖动下进入反转，即机械特性曲线即机械特性曲线向第
15、向第4象限的象限的延伸段，此时电动机便进入了延伸段，此时电动机便进入了倒拉反接制动运行状态。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轮机学院电气及自动化教研室2. 回馈制动回馈制动调速过程中出现的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后的特性曲线的理想空载转速n0降低，而电动机的转速降低，而电动机的转速n因惯性而因惯性而不能突变，因而电动机便由特性不能突变，因而电动机便由特性曲线曲线的的a点过渡到曲线点过渡到曲线的的b点点而进
16、入制动运行，即降压后的机而进入制动运行，即降压后的机械特性曲线械特性曲线向第向第2象限的延伸段。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（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并加速直至机械特性曲线的的d点，点，即为反向运行机械特性曲线即为反向运行机械特性曲线向第向
17、第4象限的延伸段，如图象限的延伸段，如图7-22b）所示，）所示，电动机最后稳定运行于回馈制动状电动机最后稳定运行于回馈制动状态。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切断运行电动机的电枢电源, 并将电枢立即与能耗制动电并将电枢立即与能耗制动电阻阻R构成回路。制动时的电构成回路。制动时的电枢电压为零，所以枢电压为零，所以 n0= 0，其机械特性曲线是一条通过其机械特性曲线是一条通过原点的直线。原点的直线。 3.能耗制动能耗制动TKKRRn2TEBa 他励直流电动机的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
18、机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室nUKRRK KTnkTeaeT20根据直流电动机的机械特性的表示式根据直流电动机的机械特性的表示式 7.3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速 c. 改变主磁通改变主磁通直流电动机有三种基本调速方法直流电动机有三种基本调速方法:a. 改变电枢电压改变电枢电压Ub .改变电枢电路的电阻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。机转子串电阻调速基本相同。1.电枢串电阻调速电枢串电阻调速保持额定电枢电压和主磁通不保
19、持额定电枢电压和主磁通不变变, 电枢电路串入电阻电枢电路串入电阻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轮机学院电气及自动化教研室特点是功耗小特点是功耗小; 控制方便控制方便; 调速调速平滑。平滑。2.改变主磁通改变主磁通(或称弱磁或称弱磁)调速调速在电枢保持额定的电压下在电枢保持额定的电压下, 减减小主磁通小主磁通将使理想空载转速将使理想空载转速n0升高。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电枢不串电阻并保持额定磁通不变通不变, 降低电枢电压降低电枢电压U。3.改变电枢电压改变电枢电压(或称降压或称降压)调速调速特点与异步电动机的恒磁通降特点与异步电动机的恒磁通降频调速基本相似。频调速基本相似。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室晶闸管整流器晶闸管整流器-电动机电动机(SCR-M)调速系统调速系统4.降压和弱磁相结合的调速降压和弱磁相结合的调速直流直流发电机发电机-电动机电动机(G-M)调速系统调速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轮机学院电气及自动化教研室作业：作业： 7-2,7-4,7-7,7-87-2,7-4,7-7,7-87-11,7-12,7-137-11,7-12,7-13
船舶电气设备及系统大连海事大学 第07章 电力拖动基础
