港口电气设备整套课件电子教案.ppt

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论,一、课题引入,电力拖动的相关知识是本课程学习的前提和基础，港口机械系统大多数为电力拖动系统，其电气设备的控制需要掌握生产机械的负载特性、电机的机械特性和交、直流电动机起动、制动、调速的原理及分析方法等知识。例如门坐式起重机则是控制电机进行相关行走机构、旋转机构、变幅机构和起升机构的操作，来完成相应的任务，要对四大机构进行准确控制，需要对电机起动、制动、调速等知识具有比较深入的认识，能够运用相关知识进行基本电气控制线路的设计。,二、课题分析,本课题主要分电力拖动基本知识、直流电动机电力拖动、交流电动机电力拖动三部分内容，该三部分内容为电机及拖动课程的核心内容。本课题再次有针对性的学习，为了使学生对港口电气设备本课程能够更好的理解与学习，是必须掌握好的知识点。,本课题需要掌握的要点：,（,1,）生产机械的负载特性、电动机的机械特性及工作状态；,（,2,）直流电动机的工作原理，直流电动机起动、制动、调速的原理以及与负载配合的分析方法；,（,3,）交流电动机的工作原理，交流电动机起动、制动、调速的原理以及与负载配合的分析方法。,三、相关知识,（一）电力拖动基础,凡是由电动机拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。生产机械称为电动机的负载。电力拖动系统一般构成如图所示。,1,生产机械的负载转矩特性,不同生产机械的负载转矩,T,L,随转速,n,变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即,n,=,f,(,T,L,),。各种生产机械的特性大致可分为以下三种类型,恒转矩负载特性,恒功率负载特性,通风机型负载特性,恒转矩负载特性,T,L,=,常数，与转速,n,无关,反抗性恒转矩负载特性,位能性恒转矩负载特性,负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反，总是阻碍电动机的运转，如轧钢机、机床的平移机构、电力机车等。,当下放重物时负载转矩变为驱动转矩，其作用方向与电动机旋转方向相同，促使电动机旋转。,起重设备提升重物时，负载转矩,T,L,为阻力矩，与电动机旋转方向相反,位能性负载转矩由重力作用产生，其大小和方向始终不变,恒功率负载特性,风机水泵负载特性,P,L,=,常数,T,L,=9.55,P,/,n,T,L,=K,n,2,例：车床切削粗加工时,切削量大,(,T,L,大,),，用低速档；精加工时，切削量小,(,T,L,小,),，用高速档,电扇、水泵、油泵等,注意,：以上三类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的综合。,2,电动机的机械特性及工作状态,（,1,）电动机的机械特性,不同的电动机有不同的固有特性，电动机的固有特性主要分为以下三类。,1,绝对硬的机械特性,该种机械特性如图的特性曲线,1,所示，,当电动机转矩改变时，其转速不变，,例如，同步电动机的机械特性。,2,硬特性,该机械特性如图的特性曲线,2,和,4,所示，电动机的转速虽然随着力矩增大而下降，,但下降陡度不大，例如，直流并励电动机和交流异步电动机在临界转差率以上,的机械特性。,3,软特性,该机械特性如图中特性曲线,3,所示，电动机的转速随转矩的增加而下降，,下降的陡度很大，例如直流串励电动机的机械特性。,（,2,）电动机的工作状态,（二）直流电机电力拖动,（,1,）直流电机的基本工作原理,直流发电机的基本工作原理,基于电磁感应原理：右手定则,产生磁场：（,N,、,S,极）,运动导线,ab,、,cd,切割磁场,线圈感应电动势,交变,换向整流,电刷间输出直流电动势,直流发电机的工作原理模型,直流电动机的基本工作原理,基于电磁力定律：左手定则,载流导体,ab,、,cd,在磁场中产生电磁力,f,形成电磁转矩带动转子旋转,换向器作用：,在,发电机,中起,整流,作用，使线圈中的交变电动势,电刷间的直流电动势。,在,电动机,中起,逆变,作用，使电刷间的直流电,线圈内的交变电，保证电动机的转向恒定。,直流电动机工作原理模型,（,2,）直流电机的基本结构,1-,电枢铁心,2-,主磁极,3-,励磁绕组,4-,电枢齿,5-,换向极绕组,6-,换向极铁心,7-,电枢槽,8-,底座,9-,电枢绕组,10-,极掌,(,极靴）,11-,磁轭（机座）,直流电机的结构图,直流电机的径向剖面示意图,静止部分,:,定子,旋转部分,:,转子,中间有气隙,电磁方面：产生磁场和构成磁路。,机械方面：整个电机的支撑。,作用,主要部件：磁极、机座、换向极、电刷、轴承、端盖等,作用,感应电动势和产生电磁转矩，,从而实现能量的转换,主要部件：电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴承和风扇等,主磁极,1,、定子部分,产生磁场，,N,、,S,相隔，用,p,表示极对数,导磁和机械支撑,机座,由磁极铁心和励磁绕组构成,磁极铁心由极身和极靴组成,.,作用,:,改善直流电机的换向，一般电机容量超过,1kW,时均应安装换向极。,安装在相邻两主磁极之间，用螺钉固定在机座上。,用整块钢制成，也可用厚,11.5,mm,厚钢板或硅钢片叠成,1-,刷握,2-,铜丝辫,3-,压紧弹簧,4-,电刷块（石墨材料）,换向极,电刷,作用：,将旋转的电枢与固定不动的外电路相连，把直流电压和直流电流引入或引出,2,、转子部分,材料,：,为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心,用,0.35mm,或,0.5mm,厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。,作用：,通过磁通和嵌放电枢绕组,。,电枢铁心,铁心冲片,上层有效边,端接部分,端接部分,下层有效边,线圈首端,线圈尾端,作用：,用于产生感应电动势和通过电流，实现机电能量的转换。,电枢线圈,电枢绕组：,电枢线圈按一定规律连接形成。其并联支路对数用,a,表示。,单叠绕组：,a=p,单波绕组：,a=1,单波、单叠绕组联接示意图,换向器,材料：,采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。,作用：,实现电刷内外,交直流的转换。,由许多燕尾状的铜片间隔绝缘云母片而成,主极极靴和电枢间的间隙。不均匀。,3,、气隙,作用：,保证了电机的转子的正常旋转，又是磁路的重要组成部分。,小型电机气隙约为,0.7,5,mm,；大型电机气隙可达,5,10,mm,。,2,直流电动机的机械特性,人为机械特性,如果人为地改变固有机械特性中的气隙磁通,、电源电压和电枢回路电阻,R,pa,中的任意一个参数，这样的机械特性称为人为机械特性。,（,1,）电枢回路串电阻时的人为机械特性,斜率,增加,电,阻,增,加,n,0,不变,(2),改变电源电压的人为机械特性,(3),改变磁通的人为机械特性,磁通减小,电压降低,U,降低，,不变，,n,0,减小,(2),改变电源电压的人为机械特性,减小，,增大，,n,0,增大,1,、全压起动,3,直流电动机的起动和反转,起动：,电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。,他励直流电动机的起动方法,额定电压加于电动机的电枢两端，由于起动瞬间,n,=0,，,E,a,=0,，由,U,=,E,a,I,a,R,a,故起动电流和转矩分别为：,他励电动机的全压起动,先合,Q,1,再合,Q,2,后果,引起电网电压下降，影响电网上其他用户,使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机,过大的冲击转矩，机械轴过度冲击，损坏传动机构,由于电枢电阻,R,a,阻值很小，额定电压下直接起动的起动电流很大，通常可达额定电流的（,10,20,）倍。起动转矩也相当大。,所以，,直流电动机一般不允许全压起动。,起动设备简单、操作方便的全压起动只适用于容量很小的直流电动机。,（,1,）要有足够大的起动转矩,(,T,st,T,L,),。,（,2,）起动电流要限制在一定的范围内。,（,3,）起动设备简单、可靠，操作方便，起动时间短。,对直流电动机的起动的要求：,电枢回路串电阻起动,减压起动,注意：起动时应保证电动机的磁通为最大值，以在限制起动电流的情况下使转矩较大。,对于容量较大的电机，为限制起动电流，可用,减压起动,减压起动即起动前将电源电压降低，以减小起动电流,I,st,。为获得足够的起动转矩（,T,st,T,L,），起动时电流通常限制在,(,1.5,2),I,N,内，则起动电压应为：,U,st,=,I,st,R,a,=(1.5,2),I,N,R,a,当,n,，,E,a,I,a,T,st,须,U,保证起动电流和转矩保持在一定的数值上。至,U,=,U,N,，起动结束。,电枢回路串电阻起动,电枢回路串电阻起动时，电源电压为额定值且恒定不变，在电枢回路中串接一起动电阻,R,st,，达到限制起动电流的目的。,采用,4,级起动时电动机的电路接线图,及其机械特性,串入全,部电阻,逐级切,除电阻,稳定运行点,转速逐步上升,切换转矩,T,St2,起动点,I,st1,和,T,st1,为最大值,直流电动机的反转,要使电动机反转，必须改变电磁转矩,T,的方向。,只要将磁通,和,I,a,任意一个参数改变方向，电磁转矩即改变方向。在自动控制中，通常直流电动机的反转实施方法有两种：,由,：,1,、改变励磁电流方向：,保持电枢两端电压极性不变，将 励磁绕组反接，使励磁电流反向，磁通,即改变方向。,2,、改变电枢电压极性：,保持励磁绕组两端的电压极性不变，将电枢绕组反接，电枢电流,a,即改变方向。,实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。,4,直流电动机的调速,调速：,机械调速,:,电气调速,:,改变传动机构速比,改变电动机参数,人为地改变电动机的,机械特性，从而使负载工作点发生变化，,转速随之变化。,由,得调速方法：,降压,U,减弱磁通,电枢回路串电阻,调速指标,1.,调速范围,电动机在额定负载下可能运行的最高转速与,最低转速之比，通常又用,D,表示,:,受电动机的机械强度、换向条件、电压,等级等方面的限制,受到低速运行时转速的相对稳定性的限制,不同的生产机械对调速范围的要求不同，例如车床,20,120,，龙门刨床,10,40,，轧钢机,3,120,，造纸机,3,20,等。,显然，在相同的,n,0,情况下，电动机的机械特性愈硬，,n,愈小，,静差率就愈小，相对稳定性就愈好。,生产机械调速时，要求静差率小于一定值，以使负载发生变化时，转速在一定范围内变化，保持一定的稳定程度，生产机械容许的静差率用,r,表示。例如，普通车床要求,r,30,，一般设备要求,r,50,，高精度的造纸机要求,r,0.1,。,静差率与调速范围两个指标是相互制约,要统畴考虑。,2.,调速的相对稳定性（静差率）,负载变化时，转速变化的程度。,转速变化小，其相对稳定性好,3.,调速的平滑性,在一定的调速范围内，调速的级数越多，即调,速越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数：,1,，则平滑性好，,当,=1,时，称为无级调速，即转速可以连续调节。,调速不连续时，级数有限，称为有级调速。,4.,调速的经济性,对调速设备的投资和电能消耗等经济效果的综合比较。,（,2,）改变电枢电路串电阻的调速,电枢回路串电阻的机特，,R,pa,愈大，特性愈软，转速愈低。,调速过程,：电动机原稳定运行在固有机械特性的,a,点上，当,pa,接入瞬间，因,n,不能突变，工作点从,a,点跳至人为机械特性的,b,点，这时，,I,a,T,U,，,I,a,方向与电动运行状态相反，,T,的方向与电动运行状态时相反，为制动性质，,P,1,0,，电机向电源,回馈电能,，此时电机的运行状态称为回馈制动。,当位能性负载进行电枢反接制动，当,n=0,时，如不切除电源，电机便在电磁转矩和位能负载转矩的作用下，迅速反向加速，至,n,n,0,时，电机进入反向回馈制动状态，此时因,n,为负，,T,为正，机械特性位于第,IV,象限,，,最终稳定下放重物运行于,d,点,反向回馈制动对位能性负载下放时起限速作用。所串电阻,R,bk,越大，下放速度越高，安全性越差。所以常切除电阻，称在固有机特上，下放重物。,（三）三相异步电动机电力拖动,风罩,前端盖,机座,接线盒盖,转子导条,风扇,定子绕组,封闭式笼型异步电动机零部件图,风罩,（,1,）三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机的基本结构,定子,定子铁心,定子铁心是电动机主磁路的一部分，并要放置定子绕组。为了导磁性能良好和减少交变磁场在铁心中的铁心损耗，故采用片间绝缘的,0.5mm,厚的硅钢片迭压而成。为了放置定子绕组，在铁心内圆开有槽。,定子铁心槽型和绕组分布示意图,铁心内圆开槽的形状有：半闭口槽、半开口槽和开口槽等，分别如图,a,、,b,、,c,所示。它们分别对应放置小型、中型和大、中型的三相异步电动机的定子绕组。,三相异步电动机的定子主要由定子铁心、定子绕组、机座等构成,定子,定子绕组,三相定子绕组的联结,定子绕组是电动机的定子电路部分，它将通过电流建立磁场，并感应电动势以实现机电能量转换。三相定子绕组的每相由许多线圈按一定的规律的嵌放在铁心槽内。,定子绕组的线圈示意图,三相绕组的六个出线端（,U,1,、,V,1,、,W,1,，,U,2,、,V,2,、,W,2,）都引至接线盒上。为了接线方便，这六个出线端在接线板上的排列如图所示，根据需要可联接成星形或三角形联结。,定子,机,座,在中小型电动机中，端盖兼有轴承座的作用，则机座还要支撑电动机的转子部分，故,机座要有足够的机械强度和刚度,。中小型电动机一般采用铸铁机座。,对于封闭式中小型异步电动机其机座表面有,散热筋片,以增加散热面积，使紧贴在机座内壁上的定子铁心中的定子铁耗和铜耗产生的热量，通过机座表面加快散发到周围空气中不使电动机过热。,机座是电动机机械结构的组成部分，主要作用是固定和支撑定子铁心还要固定端盖。,散热筋片,转子,三相异步电动机的转子由转轴、转子铁心和转子绕组等所构成。,三相异步电动机按转子绕组结构分类：有,笼型,异步电动机和,绕线转子,异步电动机两类。下面以这两种转子分别介绍转子的构成。,笼型转子,转子,转子铁心冲片,转,轴,转子铁心也是电动机主磁路的一部分并要放置转子绕组。它也用,0.5mm,厚的冲有转子槽形的硅钢片迭压而成。中小型异步电动机的转子铁心一般都直接固定在转轴上。,笼型转子,转子,转子铁心冲片,转,轴,转轴是支撑转子铁心和输出转矩的部件，它必须具有足够的刚度和强度。转轴一般用中碳钢车削加工而成，轴伸端铣有键槽，用来固定皮带轮或联轴器。,笼型转子,转子,转子铁心冲片,转,轴,笼型转子绕组是在转子铁心的每个槽内放入一根导体，在伸出铁心的两端分别用两个导电端环把所有的导条联结起来，形成一个自行闭合的短路绕组。如果去掉铁心，剩下来的绕组形状就像一个,松鼠笼子,故称笼型绕组,故称笼型绕组,笼型转子,转子,转子铁心冲片,转,轴,中小型三相异步电动机，笼型转子一般采用铸铝，将导条、端环和风叶一次铸出；也有用铜条焊接在两个铜端环上的铜条笼型绕组。在生产实际中笼型导条是斜的，以改善笼型电动机的起动性能,转子,绕线转子,绕线转子绕组与定子绕组一样，也是一个对称三相绕组。它联结成,Y,形后，其三根引出线分别接到轴上的三个集电环，再经电刷引出而与外部电路接通。,转子,绕线转子,可以通过集电环与电刷而在转子回路中串入外接的附加电阻或其它控制装置，以便改善三相异步电动机的起动性能及调速性能。,转子,绕线转子,绕线转子异步电动机还装有提刷短路装置。当电动机起动完毕而又不需调速时，可操作手柄将电刷提起切除全部电阻同时使三只集电环短路起来，其目的是减少电动机在运行中电刷磨损和摩擦损耗。,气隙,三相异步电动机气隙，比同容量直流电动机的气隙要小得多，中小型异步电动机一般仅为,0.2,1.5mm,。,气隙的大小对三相异步电动机的性能影响极大。气隙大，则磁阻大，由电网提供的励磁电流,(,滞后的无功电流,),大，使电动机运行时的,功率因数降低,。但是气隙过小时，将使装配困难；运行不可靠，易发生”扫膛”。,设起动时旋转磁场方向如图为顺时针，磁场转速,n,1,转子导体静止，与旋转磁场之间存在着相对运动，根据右手定则,转子绕组内电动势和电流方向如图：上出下进,根据左手定则，载流转子导体受力，形成电磁转矩,T,，方向如图，驱动转子顺时针旋转。,转动原理,转子转速,n,总是小于旋,转磁场的转速,n,1,。,所以称为异步电动机,三相异步电动机的基本工作原理,转差率,对普通的三相异步电动机，为了使额定运行时的效率较高，通常设计成使它的额定转速略低于但很接近于对应的同步速，所以额定转差率,s,N,一般为,1.5%,5%,。,n,=,n,1,(1,s,),转差率,s,是异步电机运行 的重要参数。电动状态的转差率,s,的范围是：,0,1,。,其中,s,=0,，是理想空载状态；,s,=1,，是起动瞬间。,2,三相异步电动机的机械特性,描述电力拖动系统各种运行状态的有效工具是机械特性。而异步电动机的机械特性是由电磁转矩和转差率的关系特性演化而来的。因此首先研究与之相关的异步电动机的各种电磁转矩表达式。,电磁转矩的物理表达式,由相关公式可推得：,异步电动机的电磁转矩,T,与,主磁通,、,转子电流的有功分量,成正比，与主磁通成正比，物理意义非常明确，所以称为电磁转矩的,物理表达式,。它常用来,定性分析,三相异步电动机的运行问题。,转矩常数,电磁转矩的参数表达式,由相关公式可推得：,上式反映了三相异步电动机的电磁转矩,T,与电源相电压,U,1,、频率,f,1,、电动机的的参数,(,r,1,、,r,2,、,X,1,、,X,2,、,p,及,m,1,),以及转差率,s,之间的关系，称为,参数表达式,。,当,U,1,、,f,1,及电动机的参数不变时，电磁转矩,T,仅与转差率,s,有关，对应于不同,s,的值，有不同的,T,值，将这些数据绘成曲线，就是,T,=,f,(,s,),曲线，也称,T,-,s,曲线,。,三相异步电动机的,T,-,s,曲线,(1),电动状态,(0,s,1),s,=0,时，,T,=0,当,s,，,s,0,区间，,T,s,当,s,继续,至,s,1,区间，,T,1/,s,最大转矩点,最大转矩倍数,过载能力,一般：,2.0,2.2,起动时，,s=1,，代入公式：,起动转矩,起动转矩倍数,一般：,1.8,2.0,临界转差率,最大转矩,三相异步电动机的,T,-,s,曲线,(2),发电状态,(,s,1),转子受外力拖动，,n,n,n,1,s,0,，,T1,磁场反向,转子反向,对应的,T,-s,曲线是电动状态,T,-,s,曲线的延伸,产生的,T,与,n,转向相反，起制动作用，此时电机处于制动状态,电磁转矩的实用表达式,在实际中用参数表达计算,T,，,需电动机的内部参数，比较麻烦。因此推导出电磁转矩的实用表达式为,电机手册和产品目录中的,P,N,、,n,N,、,m,等值来计算,以上三种异步电动机的电磁转矩表达式，应用场合有所不相同。一般物理表达式适用于定性分析,T,与,1,及,I,2,cos,2,间的关系；参数表达式可分析参数的变化对电动机运行性能的影响；实用表达式适用于工程计算。,T,max,=,m,T,N,=,9.55,m,P,N,/,n,N,式中,实际使用时，先根据巳知数据计算出,T,max,和,s,m,，再把它们代入实用表达式，取不同的,s,值即可得到不同的,T,值了。,2,三相异步电动机的机械特性,我们常用机械特性,n,=,f,(,T,),曲线来分析拖动系统中电动机的电力拖动问题，它与,T,-,s,曲线的变换关系如下：,T-,s,曲线,变换为,n-T,曲线,一、固有机械特性,指三相异步电动机工作在,U,N,和,f,N,下，由电动机本身固有的参数所决定的机械特性。在正常工作情况下,与直流他励电动机一样固有机械特性是硬特性。,最大转矩点,起动点,同步点,2,三相异步电动机的机械特性,二、人为机械特性,在分析电动机拖动系统的运行时，常利用人为机械来进行分析。由机械特性的参数表达式可知，,人为地改变异步电动机的任何一个参数,(,U,1,、,f,1,、,p,、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗等,),，都可以得到各不相同的机械特性。这些机械特性统称为：,人为机械特性。,定性讨论几种人为机械特性的特点。注意：定性画人为机械特性时，只要先定性画出固有机械特性，然后抓住人为机械特性的,同步点,、,最大转矩点,、,起动点,与固有机械特性比较有何变化，最终通过这三个特殊点，定性画出人为机械特性。,二、人为机械特性,T,max,U,1,2,降压人为机械特性,2,）,最大转矩,点,n,m,=,n,1,(1,s,m,),不变,3,）起动点,T,st,U,1,2,端电压,U,1,，,n,；电动机的起动转矩,T,st,和过载能力,(,m,=,T,max,/,T,N,),都显著地下降了，这在实际应用中必须注意。,1,）同步点,若,U,1,太多，使,T,max,1,后，,T,st,随,R,p,，反而减小,三、三相异步电动机的稳定运行区域,三相异步电动机的稳定运行区域,最大转矩点到起动点,n,=f(,T,),曲线是上斜的曲线，对恒转矩负载和恒功率负载，不能稳定运行。,由电力拖动系统稳定运行的必要和充分条件，下斜的机械特性与恒转矩、恒功率、通风机型负载，都可稳定运行。,从理想空载点即同步点到最大转矩点，,n,=,f,(,T,),曲线是下斜特性。,不能稳定运行,能稳定运行,3,三相异步电动机的起动,与直流电动机一样，我们希望在起动电流较小的情况下能获得较大的起动转矩。但实际情况是，加全压：,起动时，,n,=0,s,=1,，等效电路中的附加电阻,(1-,s,)r,2,/,s=,0,，相当于电路短路，所以：,起动电流大：,I,st,=(57),I,N,。,起动转矩并不很大，,T,st,=(1.82),T,N,。,而,I,st,大，,I,st,Z,1,，,E,1,，,1,；另,s,=1,，,X,2s,=X,2,最大，,cos,2,，由,T,st,=,C,T,1,I,2,cos,2,得到,T,st,并不是很大,3,三相异步电动机的起动,三相异步电动机起动时的,起动电流大主要是对电网不利，起动转矩并不很大主要是对负载不利。,前者引起电网电压下降，并影响并联在同一电网上的其它负载正常工作。后者是起动转矩按电压平方下降，可能会使电动机带不动负载起动。,不同类型的机械负载，不同容量的电网，对电动机起动性能的要求是不同的。有时要求有较大的起动转矩，有时要求限制起动电流，但更多的情况两个要求须同时满足。,总之，一般情况下起动要求是尽可能,限制起动电流,，有,足够大的起动转矩,，同时起动设备尽可能简单经济、操作方便，且起动时间要短。,3,三相笼型异步电动机的起动,全压起动,利用刀开关或接触器将电动机定子绕组直接接到额定电压的电源上，又称全压起动。,优点：,起动设备和操作最简单。,缺点：,起动电流大、起动转矩不很大。,容量较大时满足：,采用全压起动,小容量的笼型异步电动机，常采用全压起动。,不满足上述经验公式，说明电动机起动电流太大，对电网不利，则采用减压起动。,减压起动,减压起动时并不能降低电源电压，只是采用某种方法使加在电动机定子绕组上的电压降低。,减压起动的目的是减小起动电流,，但同时使电动机起动转矩减小,(,T,U,1,2,),。所以这种起动方法是,对电网有利的，对负载不利。,对于某些机械负载在起动时要求带满负载起动，就不能用这种方法起动，但对于起动转矩要求不高的设备，这种方法是适用的。,常用的方法,定子串电阻或电抗减压起动,自耦变压器减压起动,星,/,三角,(Y/,),减压起动,(1),定子串电阻或电抗减压起动,电动机起动时，在定子电路中串入电阻或电抗，起动完毕切除。串入的电阻或电抗起分压作用，定子绕组上的,U,1,U,N,，,此时,I,st,1,优点：,1,）如果电网限制的起动电流相同时，用自耦变压器减压起动将获得较大的起动转矩。,2,）起动自耦变压器的二次绕组一般有三个抽头，用户可根据电网允许的起动电流和机械负载所需的起动转矩进行选配。有,73%,、,64%,、,55%,（即,1/,k,=0.73,、,0.64,、,0.55),或：,80%,、,60%,、,40%,（即,1/,k,=0.80,、,0.60,、,0.40),。,减压起动,(2),自耦变压器减压起动,缺点：,采用自耦变压器减压起动时的线路较复杂，设备价格较高，不允许频繁起动。,减压起动,(3),星,/,三角,(Y/,),减压起动,适用于正常工作时是,联结的三相异步电动机。起动时,Y,联结，每相电压自然降为,1/,Y,/,起动线路图,Y,起动原理图,限流效果好；但起动转矩也跌得厉害，为原来的,1/3,。因此只适于空载和轻载起动。,软起动,笼型异步电动机的软起动是,区别,于传统减压起动方式的一种新型的起动方式，它使电动机的输入电压从零伏或低电压开始，按预先设置的方式逐步上升，直到全电压结束。,软起动依赖于串接在电源和电动机之间的,软起动器,，并以接触器接线相配合。,软起动优点：,无冲击电流，恒流起动，根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流；可重载起动。,软起动接线示意图,三相绕线转子异步电动机的起动,对于需要大、中容量电动机带动,重载,起动的生产机械或者需要频繁起动的电力拖系统，不仅要,限制起动电流,而且还要,足够大的起动转矩,。这就需要用三相绕线转子异步电动机,转子串电阻,或,串频敏变阻器,来改善起动性能。,三相绕线转子异步电动机的起动,转子串电阻三级起动图,转子串电阻三级起动特性,1,转子串电阻起动,起动时，转子串入全部电阻，,(,r,2,+,R,st,),，,I,st,，,T,st,。常用分级切除电阻,(,称分级起动,),，使起动较平稳。,切换转矩,最大起动转矩,负载转矩,如三级起动,起动过程：,a,b,c,d,e,f,g,最后将稳定运行于固有机械特性的,h,点。,可见串电阻起动，在逐级切除电阻的瞬时，转矩从,T,st2,跃至,T,st1,，使起动不够平稳。当不需频繁起动或调速时，可用频敏变阻器起动。,三相绕线转子异步电动机的起动,2.,转子串频敏变阻器起动,30,50mm,厚钢片叠压成铁心，铁损大,起动时，,s,=1,即,f,2,=,f,1,最高，频敏变阻器铁耗,p,Fem,最大，对应的等效电阻,R,mp,也很大。使,I,st,，,T,st,，获得较好的起动性能。随着,n,，,s,，,f,2,因,p,Fem,f,2,，,R,mp,(,这时,sX,mp,也,),，即随,n,，自动且连续地减小起动电阻值。当转速接近额定值时，,s,N,很小即,f,2,极低，所以,R,mp,及,sX,mp,都很小，相当于将起动阻抗全部切除。,4,三相异步电动机的调速,可得三相异步电动机调速方法：,改变电机极对数,改变电源频率,改变转差率,改变定子电压,改变转子电阻,转子串转差电动势,电源频率恒定,改变磁场极对数,p,同步转速,n,1,改变。,转子转速,n,跟随改变,只适用于笼型电动机，因为笼型转子绕组,的极对数是感应产生的，随定子磁场极对,数改变而自动改变，使两磁场极对数保持,一致，从而形成有效的平均电磁转矩。,（,1,）笼型异步电动机的变极调速,改变绕组连接,改变电流方向,改变极对数,（,1,）笼型异步电动机的变极调速,1,变极原理,三相笼型异步电动机变极时一相绕组的接法,设定子每相绕组都由两个完全对称的“半相绕组”所组成,（,1,）笼型异步电动机的变极调速,2,两种常用的变极方案,变极同时，任两相出线端对调，保证电动机的转向不变。,适用于电梯、传输带类恒转矩负载调速,适用于车床切削等恒功率负载调速,三相笼型异步电动机常用的两种变极接线,每相顺串，再,Y,联结,每相,反并,每相顺串，再,联结,Y,联结,等效,YY,等效,YY,每相,反并,Y,联结,笼型异步电动机的变极调速,变极调速具有操作简单、成本低、效率高、机械特性硬等优点，而且还有采用不同的接线方式既可适用于恒转矩调速也可适用于恒功率调速。但是，它是一种有级调速而且只能是有限的几档速度，因而适用于对调速要求不高且不需要平滑调速的场合。,（,2,）变频调速,U,1,E,1,=4.44,f,1,N,1,k,N1,1,结果：,铁心严重饱和,I,0,急剧增大，其后果是导致功率因数降低、损耗增加，效率降低，从而使电动机的负载能力变小。,改变电源频率，可以平滑调节同步速,n,1,，从而使电动机获得平滑调速。,由,1,变频与调压的配合,若,f,U,1,不变,1,基频以下调速,基频以上调速,变频时,1,保持不变,U,1,U,N,f,1,（,2,）变频调速,2,变频调速时的机械特性,三相异步电动机变频调速机械特性,基频以下时,U,/,f=,常数,同步点,n,1,f,1,最大转矩点,起动转矩点,T,st,1/,f,1,基频以上时,T,max,，,T,st,（,2,）变频调速,变频调速平滑性好，效率高，机械特性硬，调速范围宽广，只要控制端电压随频率变化的规律，可以适应不同负载特性的要求。是异步电动机尤为笼型电动机调速的发展方向，随着电力电子技术、计算机控制技术的发展，使变频调速得到了广泛应用的保证（变频器实现）。,绕线转子异步电动机转子串电阻调速,绕线转子异步电动机转子串电阻后同步速不变，最大转矩不变，但临界转差率增大，机械特性运行段的斜率变大。在同一负载转矩下所,串电阻值越大，转速越低。,绕线转子串电阻的机械特性,调速过程：,设电动机原来运行于固有机械特性的,a,点，串入,R,p1,后，,I,2,，,T,，,T,0,P,2,P,m,=,T,0,s,=0,1,吸收电功率，输出机械功率,（,1,）能耗制动,断开,交流,接通直流,转子在惯性作用下旋转，切割静止磁场，转子导体感应电动势,电流,电磁力,制动转矩,n,迅速,。把转子的动能转化为电能消耗在转子回路电阻上，能量耗尽，系统停车,能耗制动,制动电阻,R,bk,作用限制制动电流，增大制动转矩,异步电动机的能耗制动,三相异步电动机的能耗制动，制动平稳，能准确快速地停车；电机不从电网吸取交流电能，比较经济。,能耗制动机械特性,（,2,）反接制动,1,电源反接制动,(,反接正转,),电源反接制动,任意对调两相,n,1,0,，,s,1(II,象限,),E,2,、,s,E,2,、,I,2,及,T,都与电动状态时相反，即,T,起制动作用。,制动过程,:,a,b,n,快速至,0,瞬时，,T,0,，,若不切除电源，电机将反向起动。,制动电阻,R,bk,作用,:,限制制动电流，增大制动转矩,(,T,b,T,b,),电机即从电网吸取电能，又从轴上吸取机械能，经济性较差。但制动效果优于能耗制动（,n=0,T,0),P,1,P,em,=,m,1,I,2,2,r,2,/,s,0,P,2,P,m,=,T,0,，,n,1(IV,象限,),(1),原理和机特,过程：,a b,n,至,0,，,T,c,0,P,2,0,都转化为转子回路的铜耗，经济性差。,（,3,）回馈制动,(,再生发电制动,),1,反向回馈制动,n,1,0,，,n,0,，,s,0(IV,象限,),两相对调,适用于将重物高速稳定下放,(1),原理和机特,电机反向起动后电动加速,(T0,n0),当加速到等于同步速,n,1,时，虽,T,=0,，但重力转矩的作用，使电动机继续加速至高于同步速,()IV,象限，,s0,，,n0,，,n,0,，,n,n,1,，,s,n,1,，进入回馈制动，在,T,及,T,L,的共同制动下系统开始减速，从,b,点到,n,1,的降速过程中都是,s,0,，所以是回馈制动过程。从,n,1,至,c,点，是电动降速过程。,结束,模块一 港口常用低压电器,课题二,常用自动控制电器,课题三,课题四,常用保护电器,课题一,常用非自动控制电器,其他电器,模块一 港口常用低压电器,课题一 常用非自动控制电器,常用非自动控制电器基本结构、种类及型号,常用非自动控制电器主要电气性能,常用非自动控制电器选用与使用,知识点,合理选用常用非自动控制电器,正确安装与使用常用非自动控制电器,技能点,一、课题引入,在港口机械（包括起重机械和运输机械）的电气控制中，一些常用的非自动控制电器作为电气控制的基本器件，仍发挥着重要作用。甚至在一些小型港口码头这些电器仍起着主导作用，因此掌握常用非自动控制电器的基本性能，合理选择及正确使用这些电器是港口电气工程技术人员基本技能。,二、课题分析,学习常用非自动控制电器的知识，首先了解非自动控制电器的基本结构，掌握其电气控制的基本原理及电气参数。其次是根据实际工作需要合理选择电器，正确安装、使用与维护电器。,三、相关知识,（一）刀开关,图,1-1,刀开关图形符号和文字符号,a,）单极,b,）双极,c,）三极,1,、胶盖闸刀开关,图,1-2,HK,系列瓷底胶盖闸刀开关结构图、图形符号和文字符号,1-,胶盖,2-,胶盖固定螺丝,3-,进线座,4-,静插座,5-,熔丝,6-,瓷底板,7-,出线座,8-,动触刀,9-,瓷柄,胶盖闸刀开关的,型号,（,HK2-/,）含义如下：,1,、胶盖闸刀开关,HK,2,/,极数,额定电流,开启式负荷开关,设计序号,胶盖闸刀开关安装和使用,注意事项,：,1,、胶盖闸刀开关,在操作过程中，拉闸与合闸的动作要迅速，以利于迅速灭弧，减少刀片的灼伤。,安装时，闸刀开关在合闸状态下手柄应该向上，不能倒装和平装，以防止闸刀松动落下时误合闸。,电源进线应接在静插座一边的进线端，用电设备应接在动触刀一边的出线端。,2,、铁壳开关,图,1-3,HH,系列铁壳开关,1,熔断器,2,夹座,3,闸刀,4,手柄,5,转轴,6,速动弹簧,铁壳开关的,型号,（,HH4-/,）含义如下：,2,、铁壳开关,HH,4,/,极数,额定电流,封闭式负荷开关,设计序号,铁壳开关安装和使用,注意事项,：,对于电热和照明电路，铁壳开关可以根据额定电流选择；对于电动机，开关额定电流可选为电动机额定电流的,2,倍。,外壳应可靠接地，防止意外漏电，造成触电事故。,2,、铁壳开关,（二）组合开关,图,1-4 HZ10-10/3,型组合开关,a),外型,b),结构,c),图形符号和文字符号,1-,手柄,2-,转轴,3-,扭簧,4-,凸轮,5-,绝缘垫板,6-,动触片,7-,静触片,8-,绝缘杆,9-,接线柱,组合开关结构示意图,HZ,系列组合开关的,型号（,HZ10-/,）,含义如下,HZ,10,/,极数,用途代号,封闭式负荷开关,设计序号,额定电流,图,1-6,LA9,11,型按钮,(a),外形,(b),结构,1,接线柱,2,按钮帽,3,复位弹簧,4,动断静触头,5,动合静触头,6,动触头,（三）按钮,