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第第77章章电力拖动电力拖动7.1电力拖动基本概念7.2电动机直接起动控制电路7.3电动机降压起动控制电路7.4电动机的制动控制7.17.1电力拖动基本概念电力拖动基本概念电力拖动就是由电动机通过传动机构拖动生产机械运行，其系统包括电动机、传动机构、控制设备三个环节。电动机有直流电动机和交流电动机，控制设备分为手动控制和自动控制。船舶电力拖动是船舶各种生产机械拖动包括起货机、锚机、机舱里的海水泵、淡水泵、自动操舵统等等。一、电动机的机械特性一、电动机的机械特性各种电动机有它自己固有的机械特性(也称为自然特性)，如果改变了电动机的电参数，如改变频率、电压或在转子、定子回路中串人电阻等，此时的机械特性称为人为机械特性。机械特性反映了转速随电磁转矩变化的规律，可以用函数关系n=f(T)来表达。我们经常用曲线形式来表示。特性曲线1：绝对硬的机械特性；特性曲线2：比较硬的机械特性，直流并激电动机就属于这一特性；特性曲线3：比较软的机械特性，直流串激电动机就属于这一特性。特性曲线4：交流电动机的机械特性曲线，电动机正常工作时通常工作在临界转矩上方的机械特性上。二、生产机械的机械特性二、生产机械的机械特性电力拖动系统的运行状态反映了电动机的电磁转矩T与生产机械加在电动机轴上的负载转矩TL之间的相互作用。当TTL，电动机拖动生产机械加速，反之则拖动生产机械减速。当T=TL，电动机拖动生产机械恒速运行或静止不动。为了掌握电力拖动系统的运行状态，就必须了解T与TL之间的特点和变化规律。电动机轴上的负载转矩一般是阻碍电动机运转，但在有些条件下也可能帮助电动机运转。根据转矩随转速变化的情况，负载转矩可分为恒转矩和变转矩两类。1．恒转矩负载机械特性如图2-2特性1所示。包括反抗性负载和位能性负载(1)反抗性负载机械特性电动机无论正转或反转，负载转矩总是与运动方向相反，阻碍电动机运转的特性称为反性负载特性。如果这种负载转矩的绝对值大小不随转速的变化而变化，则为反抗性恒转矩负载。例如机床、泵等。(2)位能性负载机械特性位能性负载转矩是在重力的作用下产生的，当电动机的旋转方向改变时，负载转矩总是保持原来的作用方向。例如起重机提升和放下货物时的负载转矩就是这种特性。2．变转矩负载机械特性(1)通风机机械特性负载转矩与转速的关系曲线呈现抛物线，其转矩与转速的平方成正比。例如通风机、离心泵、螺旋桨等生产机械。如图2-2特性2所示。(2)恒功率机械特性负载转矩与转速的关系呈现双曲线，转矩与转速成反比，如图2-2特性3所示。例如造纸机械中需将产品卷绕在辊筒上，随着辊筒上负载的增加，为了保持张力和线速度不变，电动机的转速将下降。7.27.2电动机直接起动控制电路电动机直接起动控制电路一、电动机点动控制二、电动机连续运行控制电路三、两地控制的连续运行控制电路四、可逆运行控制电路一、电动机点动控制一、电动机点动控制有些生产机械的运行必需在人的直接操纵下进行。如机舱的盘车机、甲板上的舷梯、吊艇机和行车等，这时电动机的控制就要采用点动控制方式。点动控制方式的特点是电器设备的起动、运行、停止都必需在操纵人员的直接参与下完成。二、电动机连续运行控制电路二、电动机连续运行控制电路电动机连续运行控制的特点是电器设备的起动与停止需要操作人员参与，但起动后的连续运行则有电路自行保证，不需要操作人员参与。电路保护环节(1)短路保护：由熔断器FUl、FU2分别实现主电路与控制电路的短路保护。(2)过载保护：由热继电器FR实现电动机的长期过载保护。当电动机出现过载时，热继电器中的发热元件使双金属片受热弯曲，使其常闭触点断开，切断接触器线圈电路，便电动机断电，实现保护目的。(3)欠压和失压保护：电源电压下降对电动机是不利的。因此当电源电压下降时，接触器的电磁吸力也急剧下降，使接触器释放，主触点断开，切断了电动机的电源。称为欠压保护。在电源电压消失时，接触器的电磁吸力也消失，使接触器释放，电动机停止运行，当电源电压恢复时，由于自保触点断开电动机也不会自行起动。一旦长时间欠压，有必要在电压下降时切断电动机的电源。三、两地控制的连续运行控制电路三、两地控制的连续运行控制电路船舶机舱里的各种水泵、油泵的控制一般都采用两地控制的方法。就是在泵的旁边可以进行控制，在集中控制室里也可以进行控制，两边都可以对同一个泵的运行进行控制。四、可逆运行控制电路四、可逆运行控制电路船舶上有些生产机械的运动部件往往要求正、反向运行，这就要求拖动电动机能作正反向运转。从电机原理可知，改变电动机的旋转方向只要改变电动机的三相电源的相序。在控制电路中用两个接触器来改变通人电动机三相交流电的相序，其中一个称为正转接触器，另一个称为反转接触器在电动机正转时，反转按钮按下无效，在电动机反转时，正转按钮按下无效，可以防止两个接触器的主触点同时合上而使主回路发生短路。另一种具有电气、按钮复合互锁的可逆控制线路，可以使电动机直接由正转变成反转或反转变成正转。图就是这一种电路。按钮采用具有一对常闭、一对常开的复合按钮7.37.3电动机降压起动控制电路电动机降压起动控制电路电动机在全电压下起动，其起动电流很大，直接起动时的起动电流为电动机额定电流的4-7倍，这将对电网会产生非常不利的影响，直接影响在同一电网工作的其他负载的正常工作，为了减小起动电流，可以采用降压起动的方法。对交流鼠笼式异步电动机来说，降压起动的方法有星形一三角形降压起动、延边三角形降压起动和自藕变压器降压起动。其中用得比较多的方法是星形一三角形降压起动，这种方法不需要另外添置设备，但只适用于额定工作时绕组是三角形接法的交流鼠笼式异步电动机。一一、星形一三角形降压起动控制电路、星形一三角形降压起动控制电路对于额定电压为380V三角形接法的鼠笼式电动机起动，可以用星形接法进行起动，以减少起动电流，起动后改为三角形接法正常工作。起动时，定子绕组先接成Y形，每相绕组的两端电压为正常工作电压的1/，故起动电流则下降到全压起动的1/，起动后改为三角形接法正常工作。3333合上电源开关QS为起动作准备。按下起动按钮SB2,KMl、KT线圈同时通电吸合并自保，KM1主触点闭合接入三相交流电源，KM2线圈也通电，使电动机绕组接成Y形。电动机开始降压起动。KM2的常闭触点打开，断开线圈KM3回路，实现联锁。延时一定时间后，当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT常闭触点断开，使KM2断电，KT常开触点闭合，KM3线圈通电，使电动机绕组接成△形。其常闭触点断开，使KT线圈断电释放、与KM2实现联锁。电动机开始进入正常运行。二、定子绕组串接电阻的降压起动控制二、定子绕组串接电阻的降压起动控制三相鼠笼式异步电动机定子绕组串电阻起动，能使绕组电压降低，从而减小起动电流。待电动机转速接近额定转速时，再将串接电阻短接，使电动机在额定电压下运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单、经济，故获得广泛应用。对于作点动控制的电动机，也常用串电阻方式来限制电动机定起动电流。三、自藕变压器降压起动控制三、自藕变压器降压起动控制自动控制的自藕变压器降压起动控制器由交流接触器、热继电器、时间继电器、起动、停止按钮和自藕变压器等元件组成。电动机经自藕变压器降压起动时，定子绕组得到的电压是自藕变压器的二次侧电压U2，自藕变压器的电压变比为K=U1/U21。由电机原理可知:当利用自藕变压器降压起动时电压为额定电压的l/K时，电网供给的起动电流减小到1/K2，由于，此时起动转矩也降为直接起动时转矩的1/K2，所以，自藕变压器降压起动常常用于空载或轻载起动。2TU合上电源开关QS，按下起动按钮SB2,KMl线圈通电并自保，KM2、KT线圈也同时通电，将自糯变压器接触接入，电动机定子绕组经自藕变压器两次侧电压供电作降压起动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT动作并自保，其常闭触点打开，使KM1线圈失电，进而使KM2、KT线圈也失电，将自藕变压器切除。同时常开触点闭合，使KM3线圈通电，主触点闭合，电动机在额定电压下正常运行。SB1是停止按钮。7.47.4电动机的制动控制电动机的制动控制三相交流电动机脱离电源后，由于惯性作用，转子须要一定时间才能停止运转。特别是有些生产机械运动部件的惯性较大，而且又要求经常起动和停车。这将影响生产效率，不能满足某些生产机械的工艺要求。为此，应对拖动电动机采取有效的制动措施。制动方法一般分为机械制动和电气制动。•所谓机械制动，就是利用外加的机械作用力使电动机转子迅速停止的方法。电气制动就是使电动机的电磁转矩方向与电动机转子的旋转方向相反，产生一个制动转矩。•电气制动一般包括能耗制动、反接制动、再生制动。前两种制动方法能够使电动机的转速迅速下降为零。而最后一种制动方法仅能够使电动机稳定运行，一般发生在起重机控制电路中。一、能耗制动控制电路一、能耗制动控制电路基本原理是:当三相交流电动机脱离电源后，迅速在电动机的定子绕组中加上一个直流电源，并产生一个恒定磁场，转子在惯性旋转时因切割磁力线而产生电磁力，可以分析此电磁力产生的电磁力矩的方向与转子旋转的方向相反，进而达到制动的目的。KM1是运行接触器，KM2制动接触器，KT是制动时间继电器，T是变压器，SBl采用复合按钮，直流电来自单相桥式整流电路。起动时，按SB2起动按钮，KM1通电并自保，主触点闭合，电动机运转。其触点打开，KM2不会通电。停车时，按下SBl其常闭触点断开，KMl失电，主触点断开，电动机断电，靠惯性运转。KM1的常闭触点恢复闭合，而SBl的常开触点也闭合，KM2、KT通电动作并自保。KM2的常开触点闭合，使电动机的定子绕组接入直流电源，产生制动转矩。过了一段时间，当电动机转速接近于零时，时间继电器KT的常闭触点打开，KM2、KT断电，切断直流电源，电气制动结束，电动机自然停车。二、反接制动控制电路二、反接制动控制电路根据交流电动机的旋转原理，当通入电动机的三相交流电源相序发生改变，那么电动机就会反转。也就是说，电源相序改变意味着电动机电磁转矩的方向将会发生改变。利用此改变的电磁转矩作为制动转矩就能够使电动机迅速停止运转。•反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速，由于异步电动机转子电势E2正比于频率f2，而f2=Sf1，f1为电源频率，转差率S1。使得反接制动时转子感应电势很大，反接制动电流很大。为了限制反接制动时的冲击电流。防止绕组过热，一般应在电路中串人反接制动电阻。另外，当电动机的转速接近于零时必须切断三相交流电源，否则电动机将会反转，在线路中此任务是由速度继电器SR来完成的。SBl是复合按钮，KMl是正常运转接触器，KM2是反接制动接触器，R是反接制动电阻，SR是速度继电器，它的速度整定值调整在n130r/min时触点动作，当n100r/min时触点复原。•电动机单向运行时，KM1通电吸合自保，SR触点相应闭合，为反接制动做好准备。停车时，按下停止按钮SB1，其常闭触点打开,KM1线圈断电释放，电动机的电源被切断，电动机靠惯性运转。SBl的常开触点闭合(一定要将SBl按钮按到底)，KM2线圈通电，其主触点闭合，电动机通过反接制动电阻R接人反相序三相交流电进行反接制动，当电动机的转速下降到低于100r/min时，速度继电器的触点打开，使KM2线圈断电释放，电动机断开三相电源后自然停车。