船舶电气设备及系统大连海事大学电力拖动基础

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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§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。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

2、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(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.(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

3、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’。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=2n/60,J[kg·m2]为系统转动惯量,GD2[N·m2]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=9.81[m/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根据系统储存的总动能不变的原则可进行等效飞

4、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T≠TL,则dn/dt≠0,从而使系统处于加速或减速的变化状态.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)Cn↓→T↑当电源电压恢复(升高)时CDn(不变)An↑→T↓T↓T↑TTLnn012当负载转矩波动时,将引起系

5、统转速的变化.扰动消逝后它将能够恢复到原平衡点.ABTL’>T,n↓,T↑ABCTL’’TL’TLT,n↓,T↑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T＜TL，而在交点所对应的转速之下T＞TL。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。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<电动机转矩时,电机加速

6、，直到C点为止。因此E点为不稳定工作点。不稳定工作点TTLnn012EC对恒转矩负载而言，异步电动机特性曲线临界转差率以下的部分，为不稳定工作区。7.2.1异步电动机的起动§7.2三相异步电动机的起动、制动与调速1)鼠笼式三相交流异步电动机全电压直接起动一台鼠笼式三相异步电动机带一通风机负载的特性曲线。起动时电动机的电磁转矩T=Tst，TL=TLst，根据拖动系统运动方程式，此时ΔT＞0，拖动系统由静止开始加速起动。在加速过程中T的变化规律是从a点沿曲线①变化到b点，TL的变化规律是从C点沿油线②变化到b

7、点。在转速从零加速到nb的过程中，T始终大于TL直到b点，T=TL，ΔT=0，起动过程结束，拖动系统以转速nb稳定运行于b点。深槽式转子的槽形窄而深。正常运行时有转差率小而效率高的优点。(1)高转差率鼠笼电动机(2)深槽式和双笼式异步电动机转子鼠笼导条采用截面小而电阻率大的合金铝或黄铜制成.这种电动机适于拖动冲击性转矩负载或起重机械。用于拖动一些船舶甲板机械,如锚机等。2)改善起动性能的特殊三相异步电动机异步电动机可通过采用双鼠笼式或深槽式等特殊结构的转子，以改善全电压直接起动性能。这两种类型的异步电动机

8、特点是起动转矩大，而起动电流较小。起动时，转子频率较高，电流的“趋肤效应”使转子电流大部分集中在双鼠笼式的上笼，或深槽式转子的槽口部分，使得转子绕组呈现出较大的电阻值，而相比普通电动机具有较大的起动转矩；起动过程结束，电动机进入正常运行后，转子频率变得很小，电流的“趋肤效应”消失，转子绕组所呈现的电阻值与普通电动机相仿。深槽式异步电动机的转子槽形及机械特性双鼠笼式和深槽式异步电动机既有转子电阻增大所带来的起动转矩增大、起动电流