d电力拖动基础解析课件.ppt

1、船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第一节第一节 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第二节第二节 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、制动与调速第三节第三节 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 船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系本章主要内容包括电力拖动的基本概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念、电力拖动系统的调速和制动等的基本原理和方法基本原理和方法。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机

2、工程学院船电系分析、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）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）第一节第一节 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电动机的转速随电磁转矩变化的规律电动机的转速随电磁转矩变化的规律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 船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系负载的转矩特性是指负载转矩与转速负载的转矩特性是指负载转矩与转速之间的关系之间的关系n=f(TL)特性特

3、性7.1.1 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 大致可归纳为大致可归纳为恒转矩恒转矩和和变转矩变转矩两类两类 船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1)1)恒转矩负载特性恒转矩负载特性负载转矩的作用方向总是负载转矩的作用方向总是与运动方向相反与运动方向相反,始终是始终是阻碍运动的。阻碍运动的。(1)(1)反抗性恒转矩负载机械特性反抗性恒转矩负载机械特性:船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系负载转矩是受重力作用而负载转矩是受重力作用而产生的产生的,其负载转矩的大其负载转矩的大小和作用方向

4、始终保持不小和作用方向始终保持不变变,不受转速大小和转动不受转速大小和转动方向的影响。方向的影响。(2)位能性恒转矩负载机械特性位能性恒转矩负载机械特性:船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2)2)变转矩负载机械特性变转矩负载机械特性(1)(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。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(2)(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,而两者之积而两者之积(功率功率)近近似保持不变似

5、保持不变。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系简单拖动系统的运动规律可用如下的运动方程简单拖动系统的运动规律可用如下的运动方程来描述来描述,即即 TTJddtGD dndtL23751)1)电力拖动系统运动方程式电力拖动系统

6、运动方程式 7.1.2 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 船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系TTJddtGD dndtL2375机械角速度机械角速度=2=2 n/60n/60，JkgmJkgm2 2 为系统转为系统转动惯量动惯量,GD,GD2 2NmNm2 2 为系统的飞轮矩，这两为系统的飞轮矩，这两者之间的关系为者之间的关系为 J=GDJ=GD2 2/4g/4g，重力加速度常数，重力加速度常数g=9.81m/sg=9.81m/s2 2。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程

7、学院船电系轮机工程学院船电系电动机轴上的等效负载转矩电动机轴上的等效负载转矩T TL L与工作机构的实际与工作机构的实际负载转矩负载转矩T Tc c的关系为的关系为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TTnn TLcccc(/)(/)船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系根据系统储存的总动能不变的原则可进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。行等效飞轮矩的折算。12122021122JJJJcc()电动机轴上总的等效动能应等于各轴的电动机轴上总的等效动能应等于各轴的动能之和：动能之和：船舶电机与电器控

8、制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系从而可得折算到电动机轴上的单轴等效飞从而可得折算到电动机轴上的单轴等效飞轮矩为：轮矩为：GDGDGDnnGDnncc202121222(/)(/)当当T=TT=TL L时时,dn/dt=0,dn/dt=0,系统以不变的转速稳系统以不变的转速稳定运行。定运行。只要只要TTTTL L,则则dn/dt0dn/dt0,从而使从而使系统处于加速或减速的变化状态。系统处于加速或减速的变化状态。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系当系统受到电压的波动当系统受到电压的波动时，将引起系统转速的时，将引起系

9、统转速的变化，扰动消逝后它将变化，扰动消逝后它将能够恢复到原平衡点。能够恢复到原平衡点。2)2)电力拖动系统维持稳电力拖动系统维持稳定运行的条件定运行的条件 TTLnn0132BDAC船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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)AnTTTTTLnn0132BDAC船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系当当负载转矩波动时负载转矩波动时,将将引起系统转速的变化。引起系统转速的变化。扰动消逝后它将能够恢

10、扰动消逝后它将能够恢复到原平衡点。复到原平衡点。TTLnn012ABCTLTL船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系ABT TL LT,n,TT,n,TT TL LT,n,TT,n,TACT TL LT,n,TT,n,TT,n,TTTLnn012ABCTLTL船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系电动机机械特性曲线与电动机机械特性曲线与负载特性曲线的交点是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,系统系统维持稳定运行的条件为：维持稳定运行的条件为：在该交点所对应的转速在该交点所对应的转速之上有之上有

11、T TT TL L，而在交点而在交点所对应的转速之下所对应的转速之下T TT TL L 。TTLnn012ABCTLTL船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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,因而扰动消因而扰动消逝后它将能够恢复到原逝后它将能够恢复到原平衡点。该点为电机的平衡点。该点为电机的稳定工作点。稳定工作点。TTLnn012ABCTLTL船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系负载转矩负载转矩 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 0为为止，电机停转止

12、，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。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系反接定子接电源的相序反接定子接电源的相序工作点：工作点：B BC CA A（n=0n=0）(1)(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船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系绕线式异步电动机拖动绕线式异步电动机拖动位能负载时位能负载时,用转子电用转子电路串电阻可产生倒拉反路串电阻可产生倒拉反接制动。接制动。(2)(2)转子反转的倒拉反接制动转子反转的倒拉反接制动船舶电机与电器控

13、制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系提升负载时电动机工作在提升负载时电动机工作在A A点，此时在转子电路中点，此时在转子电路中串一电阻。串一电阻。工作点：由工作点：由 A AB BC C（n=0n=0）D D 负载将等速下落负载将等速下落船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2.2.回馈制动回馈制动当转子的转速超过旋转磁场的转速当转子的转速超过旋转磁场的转速(s0)(s T0 n 飞车飞车船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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

14、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：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两注意：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。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。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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 I与电动势与电动势E 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 7.2.2 直流电动机的制动直流电动机的制动

15、船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(3)(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)(1)反接制动反接制动(2)(2)回馈回馈(发电发电)制动制动船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1.1.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电动机在电动状态下运行时，将其电枢电压反行时，将其电枢电压反接，并同时在电枢回路接，并同时在电枢回路中串入电阻，以限制换中串入电阻，以限制换接时的电枢电流。接时的电枢电流。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机

16、工程学院船电系轮机工程学院船电系其特性方程为其特性方程为 TKKRRKUn2TEBaE船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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T TL L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 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R RB B，使其电磁转矩使其电磁转矩减小（减小（TTSTSTT TL L)，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向第4 4象限的象限的延伸段，此时电动机便进

17、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。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2.2.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n n0 0降低，而电动机的转速降低，而电动机的转速n 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 a点过渡到曲线点过渡到曲线的的b b点点而进入制动运行，即降压

18、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 2象限的延伸段。象限的延伸段。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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，则电动机将在负载转矩和电磁转矩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共同作用下反转并加速直至机械特性曲线性曲线的的d点，即为反向运行机点，即为反向运行机械特性曲线械特性曲线向第向第4象限的延伸段，象限的延伸段，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

19、舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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。3.3.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。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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

20、械特性的表示式 7.3.3 7.3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速 船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3.3.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:1.1.改变电枢电压改变电枢电压U U2.2.改变电枢电路的电阻改变电枢电路的电阻R R船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系特点及应用与绕线式异特点及应用与绕线式异步电动机转子串电阻调步电动机转子串电阻调速基本相同。速基本相同。1.1.电枢串电阻调速电枢串电阻调速保持额定电枢电压和主保持额定电枢电压和主磁通不变磁通

21、不变,电枢电路串电枢电路串入电阻入电阻R R。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系特点是功耗小特点是功耗小;控制方控制方便便;调速平滑。调速平滑。2.2.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在电枢保持额定的电压下下,减小主磁通减小主磁通将使将使理想空载转速理想空载转速n n0 0升高。升高。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系电枢不串电阻并保持额电枢不串电阻并保持额定磁通不变定磁通不变,降低电枢电降低电枢电压压U。3.3.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

22、点与异步电动机的恒特点与异步电动机的恒磁通降频调速基本相似。磁通降频调速基本相似。船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4.4.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-电动电动机机(G-M)”(G-M)”调速系统调速系统船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系“晶闸管整流器晶闸管整流器-电动机电动机(SCR-M)”(SCR-M)”调速系统调速系统船舶电机与电器控制2022-11-19课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系作业：作业：7-27-2，7-47-4，7-77-7，7-87-8，7-117-11，7-127-12，7-13 7-13