船舶电气设备ch8

上海海事大学电气系刘以建制作船舶设备自动控制系统刘以建[e-mail]答疑时间：周三上下午；周四下午第1章第2页课程内容本课程主要以船舶电气设备为控制对象，介绍电力拖动自动控制系统课程的任务：熟悉掌握常用控制电器原理、正确使用；熟练掌握电气控制线路的基本环节熟悉掌握船舶电力拖动自动控制系统的知识掌握有关电气控制线路的分析方法第1章第3页课程安排教材：郑华耀，《船舶电气设备及系统》-第二篇，大连海事大学出版社参考：1，祝福编．船舶电力拖动哈尔滨工程大学出版社20102，刘明伟编．船舶电力拖动人民交通出版社2006第1章第4页课程安排实验一异步电动机降压启动第5周试验二船舶交流三速起货机第7周实验三泵的自动切换控制电路第10周实验安排：第1章第5页课程的计分方案：期末考试：70%平时（作业、考勤）：30%第1章第6页电力拖动系统概述电力拖动系统的组成：生产机械电动机控制系统电动机：按生产机械的要求，选择合适的容量、型式及机械特性控制系统：满足起动、制动、调速、正反转、顺序工作的要求，由一定的控制电器组成满足生产需要（工艺要求）传感器船舶电力拖动系统？第1章第7页电动机之类用电设备运行时需要继电器、接触器、熔断器等辅助电器作控制和保护一般电器控制系统常选用继电器和接触器，因而称为继电—接触器控制系统–由控制电器组成的系统称为电器控制系统控制电器第1章第8页由于生产设备越来越复杂，对控制和保护的可靠性要求越来越高，简单的继电接触器控制系统已经不能满足要求可编程控制器（PLC）、计算机（IPC）等新型控制电器被广泛使用第1章第9页电力拖动基础内容：电力拖动系统运行的基本概念三相异步电动机的起动、制动与调速直流电动机的起动、制动与调速第1章第10页电力拖动系统运行的基本概念生产机械M生产机械M多轴系统单轴系统电动机驱动生产机械：连接方式等效联轴器第1章第11页电力拖动系统运行的基本概念生产机械M驱动转矩负载转矩TTLnTTLn•电动机的机械特性n=f（T）•负载转矩特性n=f（TL）恒转矩负载通风机负载恒功率负载特性第1章第12页电力拖动系统运行的基本概念生产机械MTTLnTTLn2LGDdnTT375dt•运动方程：•运行状态：稳态暂态电动机：电动制动(发电)第1章第13页三相异步电动机的起动、制动与调速异步电动机的起动异步电动机的制动异步电动机的调速全电压直接起动降压起动转子串电阻起动反接制动（2种）回馈制动（2种）能耗制动变转差率调速变极对数调速变频调速Y、△—YY多套绕组转子串电阻变定子电压第1章第14页直流电动机的起动、制动与调速直流电动机的起动直流电动机的制动直流电动机的调速第1章第15页第8章电动机的自动控制基础内容：8.1控制电器的结构原理和功能8.2电动机的基本保护环节8.3控制电路的基本控制环节8.4PLC及应用第1章第16页8.1控制电器的结构原理和功能控制电器：对电气电路实现接通、断开、控制、保护与调节的电路元件常用的有：按钮、继电器、接触器、主令开关、熔断器等了解结构、原理、控制作用根据要求，选用合适的元件第1章第17页8.1.1接触器接触器是利用电磁吸力原理用于接通和切断大电流电路(即主电路)的开关电器接触器的组成：电磁机构、触头系统、灭弧装置电磁式接触器按电磁机构分为直流接触器和交流接触器第1章第18页交流接触器的结构结构示意图；衔铁电路符号第1章第19页1，触头系统包括：动触头、静触头、触头弹簧、支架触头系统的动作受电磁机构控制常开(动合)触头常闭(动断)触头主触头辅助触头第1章第20页触头的接触形式：–点接触–线接触–面接触触头的结构形式：–双断点桥式结构–单断点指式结构第1章第21页2灭弧装置电弧的产生：由于撞击游离、电子发射和热游离，使动静触头间的空气隙产生电子流---电弧电弧对触头有损伤作用第1章第22页电弧的熄灭：降温，增加去游离作用---灭弧装置灭弧装置的种类：1)栅片灭弧2)磁吹灭弧3)电动力灭弧4)纵缝（窄缝）灭弧第1章第23页栅片灭弧（a)电弧分割；（b)栅片形状图8-2栅片灭弧第1章第24页磁吹灭弧装置–在直流接触器中广泛应用磁吹灭弧装置第1章第25页电动力灭弧–双断点桥式触头结构电动力灭弧第1章第26页3电磁机构由铁心、吸引线圈、衔铁、反力弹簧（释放弹簧）等组成电磁吸力释放弹簧作用力衔铁吸合/释放第1章第27页电磁机构的吸力特性、电流特性电磁机构分直流电磁机构交流电磁机构电磁吸力：227104SF吸力特性、电流特性的差异第1章第28页直流电磁机构线圈通直流---恒磁势（电压不变时电流恒定）mRIWRm---磁阻IW----磁势---气隙---磁通222)1()1(mRF1第1章第29页交流电磁机构线圈通交流---恒磁链W---磁链ConstWWfEU44.4mmRIRIW具有电压线圈的交流电磁机构电流与气隙的关系：第1章第30页吸力特性、电流特性曲线：（a)恒磁链机构；（b)恒磁势机构图8-5电磁机构的特性曲线第1章第31页反力特性Fr0触头弹簧预紧力释放弹簧预紧力反力弹簧触头弹簧1吸力F反力Fr－吸合吸力F反力Fr－释放电磁机构的动作：第1章第32页吸合与释放交流机构Fr01U1U2直流机构Fr01I1I2•UU1吸合•UU2释放•II1吸合：吸合后的吸力远大于反力•II2释放第1章第33页直流电磁机构和交流电磁机构的特点：交流电磁机构：线圈铁芯和衔铁由硅钢片叠成电磁吸力有波动！短路环uiF衔铁铁心第1章第34页直流电磁机构：铁心和衔铁可用整块钢。气隙影响电磁吸力！适用于：频繁操作，易卡死的场合第1章第35页类似的电磁机构：•电磁制动器•电磁阀•等第1章第36页接触器的选用接触器的额定电流：直流：25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A交流：10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A接触器的额定电压：直流：220V、440V、660V；交流：220V、380V、660V线圈的额定电压：直流24V、48V、110V、220V、440V交流36V、110V、220V、380V第1章第37页8.1.2主令电器主令电器是切换控制线路的单极或多极电器通常其触头容量小，不能切换主电路。主令电器主要包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。第1章第38页1按钮开关动断（常闭）触头动合（常开）触头电路符合第1章第39页2万能转换开关(多路多极开关)多触头、多位置，可以控制多个电气回路通断的主令开关(a)外形图；(b)开关位置图图8-8万能转换开关转换开关有自复位式和定位式第1章第40页3行程开关又称限位开关，是利用机械运动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。常用型式有按钮式和转臂式两种(a)按钮式；(b)转臂式；(c)电路符号图8-9行程开关自复位式应用第1章第41页4主令控制器主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合如起货机、锚机的控制第1章第42页（a)结构示意图；（b)电路符号图8-10主令控制器结构：一般由触头装置和凸轮轴组成第1章第43页8.1.3熔断器最简单而又有效的短路保护电器船上常用的有管式和螺旋式（a)管式熔断器（b)螺旋式熔断器（c)保护特性（d)电路符号图8-11熔断器第1章第44页熔断器构成：熔片或熔丝分类：不同熔体材料的热惯性不同缓熔：热惯性较大的铅、锡等熔体材料中熔：热惯性较小的锌、铝等熔体材料速熔：铜、银等热惯性极小不同的场合选用不同类型的熔断器第1章第45页熔断器的保护特性：反时限特性•缓熔型•熔体额定电流≥(1.5～2.5)电动机额定电流动力线路（电动机）中熔断器的选择:第1章第46页8.1.4继电器根据电量(如电流、电压)或非电量(如时间、温度、压力、转速等)的变化而通断控制线路的电器–信号传递Relay包括逻辑信号等第1章第47页继电器的种类•按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器。•按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。第1章第48页1电磁式继电器结构和工作原理类似于接触器，通常其触头容量较小，没有灭弧装置逻辑中继继电器(中间继电器)欠电压继电器（电压线圈）过电流继电器（电流线圈）第1章第49页电磁式继电器的符号KAIIKIKIKAKAUUKVKVa）一般的线圈b）过、欠电流继电器的线圈c）过、欠电压继电器的线圈d）触头第1章第50页2时间继电器具有接受信号后触头延时动作的特点触头类型：通电延时失电延时线圈（线圈）通电延时闭合触头（线圈）通电延时断开触头线圈（线圈）失电延时断开触头（线圈）失电延时闭合触头特性第1章第51页时间继电器的符号KT一般线圈KT通电延时线圈KT断电延时线圈KT延时闭合常开KT延时断开常闭KT延时断开常开KT延时闭合常闭KT瞬时常开、常闭第1章第52页结构类型电磁式空气阻尼式电动式钟摆式半导体式等第1章第53页1)半导体时间继电器+-0V第1章第54页2)空气阻尼式时间继电器图8-13空气阻尼式时间继电器第1章第55页3)热继电器1由热元件、双金属片、触头系统等组成热继电器的符号FRFRa)热元件b)常闭触头电动机过载保护第1章第56页热继电器整定电流的取值：一般取0.95~1.05Ie（电动机的额定电流）对过载能力较差的电机可选得更小些。第1章第57页4)速度继电器图8-15速度继电器结构原理图nKSb)常开触头nKSc)常闭触头偏转角度与电动机的转速成正比第1章第58页继电器的返回系数接触器、继电器的主要技术参数定义：Kf=Xf/Xx–Xx是使电磁机构可靠动作(衔铁吸合)的最小输入量，简称动作值；–Xf是使电磁机构可靠释放的最大输入量，简称释放值。输入量吸合释放XfXxKf愈接近于1，电磁机构动作愈灵敏第1章第59页8.1.5电磁制动器用于电动机的机械制动（刹车）常见的有圆盘式和抱闸式两种(a)松闸时(b)制动时图8-16圆盘式电磁制动器原理类似接触器电磁机构第1章第60页电磁制动器一般为直流电磁机构电磁制动器的间隙调整：–静、动摩擦片之间的间隙通常在2-6mm之间第1章第61页断路器低压断路器,又称为自动开关。可用来分配电能、不频繁地起动电动机、对供电线路及电动机等进行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠压等故障时能自动切断电路。1-弹簧；2-触点；3-搭扣；4-过电流脱扣器；5-欠电压脱扣器；6-热脱扣器第1章第62页“智能”电器随着计算机技术的发展，智能化技术已用到了低压电器中智能电器带有微处理器（单片机等）具有测量、显示、控制、参数设定、报警、通信等功能例如：PLC（智能继电器）、电动机综合保护电器、智能断路器第1章第63页智能断路器原理框图第1章第64页8.2电动机的基本保护环节自动控制功能：继电接触控制系统实现电动机的起动、制动、反转、调速等控制。保护功能：当系统发生各种故障时，控制线路有必要的保护环节，能及时切断主电路，保障电气设备安全无损。电力拖动控制系统M功能第1章第65页电动机的基本保护：–短路电流保护–过载保护(或过电流保护)–欠电压保护(包括零电压保护)–三相交流电动机缺相保护例：图8-17交流磁力起动器电动机控制第1章第67页8.2.1短路保护熔断器实现短路保护熔断器具有反时限保护特性tI第1章第68页8.2.2过载保护热继电器实现过载保护•电磁式电流继电器实现过电流保护短时过电流保护第1章第69页热继电器、熔断器配合进行保护tI热继电器熔断器使用热继电器作过载保护的同时，须设短路保护第1章第70页8.2.3零电压和欠电压保护零电压保护（失压保护）欠电压保护用作零电压和欠电压保护的继电器或接触器，必须具备高返