第二章__船舶电机与电力拖动系统(1)

1、第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统第一节第一节 直流电机的结构、励磁方式与运行特性直流电机的结构、励磁方式与运行特性 实现电能与机械能相互转换的设备称为电机。应用旋实现电能与机械能相互转换的设备称为电机。应用旋转的方式进行能量转换的电机叫旋转电机，把机械能转的方式进行能量转换的电机叫旋转电机，把机械能转换为电能的旋转电机称作发电机，根据电磁原理把转换为电能的旋转电机称作发电机，根据电磁原理把电能转换为机械能的旋转电机称为电动机。电能转换为机械能的旋转电机称为电动机。 船用电机在船舶的整个电器设备中占有很大的比例。船用电机在船舶的整个电器设备中占有很大的比例。一般几千吨

2、位以上的船舶，电机的总数量可超过百台一般几千吨位以上的船舶，电机的总数量可超过百台以上，若为电力推动船舶，电机数量更多。根据电流以上，若为电力推动船舶，电机数量更多。根据电流种类电机分交流电机和直流电机。种类电机分交流电机和直流电机。第二章 船舶电机与电力拖动系统 直流发电机早期作为主电源在船舶上普遍应用，与直流发电机早期作为主电源在船舶上普遍应用，与交流发电机比较，存在的主要缺点是：电压不能变交流发电机比较，存在的主要缺点是：电压不能变换以及结构复杂，造价高和维护工作量大等。现在换以及结构复杂，造价高和维护工作量大等。现在大多数船舶采用交流发电机替代直流发电机，但有大多数船舶采用交流发电机替

3、代直流发电机，但有些船舶仍用直流发电机作为变流机组向直流电力拖些船舶仍用直流发电机作为变流机组向直流电力拖动系统提供直流电能。有些船舶主机轴带发电机也动系统提供直流电能。有些船舶主机轴带发电机也是直流发电机，如远洋捕捞船的拖网机。所以直流是直流发电机，如远洋捕捞船的拖网机。所以直流电机仍然是船舶电气设备的主要类型之一。电机仍然是船舶电气设备的主要类型之一。第二章 船舶电机与电力拖动系统一、直流电机一、直流电机的工作原理的工作原理(a)导体ab处于N极下 (b)导体ab处于S极下直直流电动机原理图流电动机原理图第二章 船舶电机与电力拖动系统(a) (a) 导体导体abab处于处于N N极下极下

4、(b) (b) 导体导体abab处于处于S S极下极下直直流发电机的原理图流发电机的原理图第二章 船舶电机与电力拖动系统 直流电机主要由定子和转子两大部分组成。定子由主直流电机主要由定子和转子两大部分组成。定子由主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置等组成，转子由电磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置等组成，转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。轴和风扇等组成。 二、直流电机的结构二、直流电机的结构第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电机结构图 第二章 船舶电机与电力拖动系统直直流电机解体图流电机解体图第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电机横剖面示意图 第二

5、章 船舶电机与电力拖动系统主磁极 第二章 船舶电机与电力拖动系统换向极 第二章 船舶电机与电力拖动系统电刷装置 第二章 船舶电机与电力拖动系统 电枢铁心冲片 (a) 矩形槽； (b) 梨形槽 第二章 船舶电机与电力拖动系统电枢绕组在槽中的绝缘情况 第二章 船舶电机与电力拖动系统换向器 第二章 船舶电机与电力拖动系统换换向器的结构向器的结构第二章 船舶电机与电力拖动系统电电刷间的电势刷间的电势eOt第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电枢绕组元件(a)、 (b) 叠绕组元件； (c)、 (d) 波绕组元件 第二章 船舶电机与电力拖动系统电枢绕组在槽内的放置第二章 船舶电机与电力拖动系统直直流电机绕

6、组示意图流电机绕组示意图第二章 船舶电机与电力拖动系统B-10991011121234567834A+电电枢绕组的连接电路图枢绕组的连接电路图电电刷偏离几何中性线示意图刷偏离几何中性线示意图SN第二章 船舶电机与电力拖动系统 直流电机的额定值直流电机的额定值 （1 1）额定功率）额定功率 （ ） （2 2）额定电流）额定电流 （3 3）额定电压）额定电压 （4 4）额定转速）额定转速 （5 5）额定励磁电压）额定励磁电压 （6 6）额定工作方式）额定工作方式NPKW)(AIN)(VUNmin)/(rnN)(VUFN第二章 船舶电机与电力拖动系统 直流电直流电机的励磁方式机的励磁方式 直直流发电

7、机流发电机的励磁方式分他励和自励，自励包的励磁方式分他励和自励，自励包括并励、串励和复励。下图为直流发电机括并励、串励和复励。下图为直流发电机4种励磁种励磁方式的电方式的电路图。路图。 （1）他励发电机：励磁绕组电路与电枢电路无）他励发电机：励磁绕组电路与电枢电路无关，励磁电流取自其它的直流电源。其励磁功率关，励磁电流取自其它的直流电源。其励磁功率约为直流电机约为直流电机额定功率的额定功率的 13 。 （2）并励发电机：励磁绕组电路与电枢电路并）并励发电机：励磁绕组电路与电枢电路并联。联。 并励绕组导线细、匝数多、电阻大，励磁电流小。并励绕组导线细、匝数多、电阻大，励磁电流小。并励发电机的电流

8、关系为并励发电机的电流关系为 。励磁功率约为。励磁功率约为直流电机额直流电机额定功率的定功率的 210 。faIII-第二章 船舶电机与电力拖动系统 （3）串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电）串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流即为励磁电流。因此串励绕组匝数少、导线粗、电阻极流即为励磁电流。因此串励绕组匝数少、导线粗、电阻极小。串励发电机的电流关系为：小。串励发电机的电流关系为： 。 （4）复励发电机：主磁极上有两个励磁绕组，其中一）复励发电机：主磁极上有两个励磁绕组，其中一个和电枢回路并连（称并励绕组），另一个和电枢回路串个和电枢回路并连（称并励绕组），另一个和电枢回路串连（

9、称串励绕组）。当串励绕组产生的磁势和并励绕组产连（称串励绕组）。当串励绕组产生的磁势和并励绕组产生的磁势方向相同时，称为积复励；当串励绕组产生的磁生的磁势方向相同时，称为积复励；当串励绕组产生的磁势和并励绕组产生的磁势方向相反时，称为差复励。复励势和并励绕组产生的磁势方向相反时，称为差复励。复励发电机还分长复励和短复励（长复励：电枢绕组与串励绕发电机还分长复励和短复励（长复励：电枢绕组与串励绕组串励后再与并励绕组并励；短复励：电枢绕组与并励绕组串励后再与并励绕组并励；短复励：电枢绕组与并励绕组并励后再与串励绕组串联）。组并励后再与串励绕组串联）。faIII第二章 船舶电机与电力拖动系统发电机的

10、励磁方式发电机的励磁方式第二章 船舶电机与电力拖动系统1、直流发电机的空载特性直流发电机的空载特性 当当保持发电机的转速保持发电机的转速n不变，负载电流不变，负载电流I=0时（发电时（发电 机主开关处于断开状态），发电机的电枢电势（或空机主开关处于断开状态），发电机的电枢电势（或空载电压载电压U0）与励磁电流）与励磁电流If之间的关系，即之间的关系，即 曲线曲线称为空载特性。空载特性曲线如图所示。空载特性曲称为空载特性。空载特性曲线如图所示。空载特性曲线与磁化曲线相似，这时直流发电机的感应电势线与磁化曲线相似，这时直流发电机的感应电势为为 ，与励磁，与励磁电流电流 之间为磁化曲线关系。之间为磁

11、化曲线关系。 nCEefI)(fIfE 三、直流电机的运行特性三、直流电机的运行特性 第二章 船舶电机与电力拖动系统直直流发电机空载特性流发电机空载特性UorEfIE第二章 船舶电机与电力拖动系统2、自励发电机建压条件、自励发电机建压条件（1）发电机必须有剩磁。若剩磁消失可用外电源充磁）发电机必须有剩磁。若剩磁消失可用外电源充磁。 （2）励磁电流产生的磁场要与剩磁磁场方向相同。这）励磁电流产生的磁场要与剩磁磁场方向相同。这与并励绕组和电枢电路的连接极性及电枢的转动方与并励绕组和电枢电路的连接极性及电枢的转动方向向 有关。在固定转动方向下，主要决定于两并有关。在固定转动方向下，主要决定于两并联电

12、路联电路 的连接极性。的连接极性。（3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。励磁电阻）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。励磁电阻过大或发生断路时，不能自励建立正常电压。当然过大或发生断路时，不能自励建立正常电压。当然转转 速过低，空载特性曲线变低也使两曲线的交速过低，空载特性曲线变低也使两曲线的交点变点变 低，而无法建立起正常的电压。低，而无法建立起正常的电压。第二章 船舶电机与电力拖动系统 如果一台并励发电机有剩磁但不能自励，可以用下列如果一台并励发电机有剩磁但不能自励，可以用下列两种方法改正：两种方法改正： （1）改变电枢绕组与励磁绕组的相对联接；）改变电枢绕组与励磁绕组的相对联接； （2）

13、改变电枢的旋转方向。）改变电枢的旋转方向。注意注意第二章 船舶电机与电力拖动系统3、直流发电机的外特性直流发电机的外特性 直流发电机的外特性是指在保持额定转速和励磁回直流发电机的外特性是指在保持额定转速和励磁回路总电阻不变的条件下，改变负载大小时，发电机的路总电阻不变的条件下，改变负载大小时，发电机的端电压随端电压随负载电流而变化的关系。负载电流而变化的关系。 下图下图a为为他励和并励发电机的外特性曲线。曲线他励和并励发电机的外特性曲线。曲线1为为他励发电机，曲线他励发电机，曲线2为并励发电机。为并励发电机。 下图下图b是是复励发电机的外特性曲线。当供电线路较复励发电机的外特性曲线。当供电线路

14、较长时通常采用过复励发电机；而船舶主电源直流发电机长时通常采用过复励发电机；而船舶主电源直流发电机多为多为平复励发电机。平复励发电机。 下图给出三种励磁方式的发电机的接线图。下图给出三种励磁方式的发电机的接线图。第二章 船舶电机与电力拖动系统 图图a a 他激、并激发电机的他激、并激发电机的 外特性曲线外特性曲线 图图b b 复激发电机的外复激发电机的外 特性曲线特性曲线第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统4、直、直流电动机的运行特性流电动机的运行特性 按励磁绕组和电枢绕组连接方式的不同，直流电动按励磁绕组和电枢绕组连接方式的不同，直流电动机和直流发电机一样，也可分为四

15、种：他励电动机、机和直流发电机一样，也可分为四种：他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机。并励电动机、串励电动机和复励电动机。 由于他励和并励电动机的励磁电路都是接到外电源由于他励和并励电动机的励磁电路都是接到外电源上，励磁电流不受电枢电流变化的影响。因此，他励上，励磁电流不受电枢电流变化的影响。因此，他励和并励电动机的特性基本相同。下图（和并励电动机的特性基本相同。下图（a）、（）、（b）、）、（c）分别为并励、串励和复励电动机的接线图。图）分别为并励、串励和复励电动机的接线图。图中中表示串入电枢电路的起动或调速用的电阻；表示调节表示串入电枢电路的起动或调速用的电阻；表示调节励磁电励

16、磁电流的外串电阻。流的外串电阻。第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统1）直）直流电动机的基本方程流电动机的基本方程 直流电动机的基本方程是指电动机稳定运行时，电系直流电动机的基本方程是指电动机稳定运行时，电系统的电势平衡方程；能量转换过程中的功率平衡方程；统的电势平衡方程；能量转换过程中的功率平衡方程；机械系机械系统的转矩平衡方程。统的转矩平衡方程。 直流电动机接上直流电源时，电枢绕组中流过电流，直流电动机接上直流电源时，电枢绕组中流过电流，电网便向电动机输入电功率电网便向电动机输入电功率 ，电枢受到电磁转矩，电枢受到电磁转矩 的作用而旋转起来，电动机的轴上输出机械功率

17、的作用而旋转起来，电动机的轴上输出机械功率 。1PT2P第二章 船舶电机与电力拖动系统 当电动机在电磁转矩当电动机在电磁转矩T的作用下旋转时，电枢绕组的作用下旋转时，电枢绕组切割磁场产生感应电势切割磁场产生感应电势E，其方向与电枢电流方向，其方向与电枢电流方向相反，因此电动机的感应电势称为反电势，它将抵相反，因此电动机的感应电势称为反电势，它将抵制电流的流入。电网要向电枢流进电路，必须克服制电流的流入。电网要向电枢流进电路，必须克服反电势的作用，即要求电源电压反电势的作用，即要求电源电压 , 由于反电势的由于反电势的作用，电动机便从电网吸收电功率，通过电磁感应作用，电动机便从电网吸收电功率，通

18、过电磁感应的作用，将一部分电功率转换为机械功的作用，将一部分电功率转换为机械功率。率。EU 第二章 船舶电机与电力拖动系统 电电势平衡方程势平衡方程 参照上图，参照上图，不考虑不考虑 和和 ，根据基尔霍夫电压定，根据基尔霍夫电压定律，并励电动机带负载运行时的电势平衡方程为：律，并励电动机带负载运行时的电势平衡方程为： 其中其中 ，而，而 , 由于励磁电流由于励磁电流 要远远小于负要远远小于负载电流载电流 ，所以并励发电机电枢电流近似等于负载电流，所以并励发电机电枢电流近似等于负载电流，即即 。fRRaaRIEU+aaRIUE-faIII-ffRUI fIIIIa或或第二章 船舶电机与电力拖动系

19、统 功功率平衡方程率平衡方程 转转矩平衡方程矩平衡方程 a2aaaRIEIUI+cuM1pPP+02TTT+第二章 船舶电机与电力拖动系统2）直）直流电动机的机械特性流电动机的机械特性 直流电动机的转速与转矩之间的关系直流电动机的转速与转矩之间的关系 称为直流称为直流电动机的机械特性，它表明了直流电动机在一定的条件电动机的机械特性，它表明了直流电动机在一定的条件下，转速与电磁转矩两个机械量之间的对应关系。下，转速与电磁转矩两个机械量之间的对应关系。 直流电动机的自然机械特性关系式：直流电动机的自然机械特性关系式： kTnTCCRCUn-02Teae)(Tfn 第二章 船舶电机与电力拖动系统直直

20、流电动机的机械特性流电动机的机械特性积复励积复励第二章 船舶电机与电力拖动系统 直直流电动机的机械特性与励磁方式有关：流电动机的机械特性与励磁方式有关： (1)并并(或他或他)励电动机：由于每极磁通、理想励电动机：由于每极磁通、理想空载转速和系数均为常数，故转速随转矩的空载转速和系数均为常数，故转速随转矩的增加而降低，如图所示；但由于电枢电阻很增加而降低，如图所示；但由于电枢电阻很小，转速随负载的变化不大，其转速变化率小，转速随负载的变化不大，其转速变化率仅为仅为38，故为硬机械特性。适于要求，故为硬机械特性。适于要求 恒转速拖动的生产机械。恒转速拖动的生产机械。第二章 船舶电机与电力拖动系统

21、 (2)串励电动机：由于串励磁通随负载的增加而增串励电动机：由于串励磁通随负载的增加而增知，从而使转速随负载的增加而迅速下降，如图知，从而使转速随负载的增加而迅速下降，如图 所所示。该特性曲线的特点是：空载转速非常高，机械示。该特性曲线的特点是：空载转速非常高，机械特性比较软。当负载转矩较小时，转速将很高，甚特性比较软。当负载转矩较小时，转速将很高，甚至会超出最高限度的数值，导致电机机械结构的损至会超出最高限度的数值，导致电机机械结构的损坏。所以，串励直流电动机绝对不允许空载起动及坏。所以，串励直流电动机绝对不允许空载起动及空载运行。它的软特性、起动力空载运行。它的软特性、起动力矩比较大，适用

22、于矩比较大，适用于起动困难的场合。起动困难的场合。第二章 船舶电机与电力拖动系统5、直流电机的电枢反应和直流电机的换向直流电机的电枢反应和直流电机的换向1）直）直流电机的电枢反应流电机的电枢反应 当电机有负载后，便有电流流过电枢绕当电机有负载后，便有电流流过电枢绕组，产生电枢磁场，此时电机的气隙磁场由组，产生电枢磁场，此时电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁场主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁场对主磁极磁场的影响称为电枢反应。对主磁极磁场的影响称为电枢反应。第二章 船舶电机与电力拖动系统 (a) (b) (c)电电刷位置与电枢反应刷位置与电枢反应第二章 船舶电机与电力拖动系统

23、2）直）直流电机的换向流电机的换向 直流电机在运行时，电枢绕组从定子主磁极的一个直流电机在运行时，电枢绕组从定子主磁极的一个极面下方进入另一个极面下方时，通过换向片与电刷极面下方进入另一个极面下方时，通过换向片与电刷连接，绕组中的电流将改变方向，这一过程称为直流连接，绕组中的电流将改变方向，这一过程称为直流电机的换向。理想的换向条件是换向时绕组中的电流电机的换向。理想的换向条件是换向时绕组中的电流及电势为零。而一般情况下，除了绕组本身原因换向及电势为零。而一般情况下，除了绕组本身原因换向绕组中感应电抗电势不为零外，电枢反应引起的气隙绕组中感应电抗电势不为零外，电枢反应引起的气隙磁通的畸变，也使

24、换向绕组产生感应电势。电抗电势磁通的畸变，也使换向绕组产生感应电势。电抗电势和电枢反应电势都会阻碍电枢绕组的换向性能，导致和电枢反应电势都会阻碍电枢绕组的换向性能，导致电刷与换向片之电刷与换向片之间产生火花。间产生火花。第二章 船舶电机与电力拖动系统 为了改善换向性能，通常在定子主磁极之间放置换向为了改善换向性能，通常在定子主磁极之间放置换向极用于改善换向，换向极绕组与电枢绕组串联，由电枢电极用于改善换向，换向极绕组与电枢绕组串联，由电枢电流所产生的换向极磁场与电枢绕组电流所产生的交轴电枢流所产生的换向极磁场与电枢绕组电流所产生的交轴电枢磁场方向相反。它不仅用来抵消或削弱电枢磁场，而且使磁场方

25、向相反。它不仅用来抵消或削弱电枢磁场，而且使处于换向的绕组切割换向极磁场以产生可抵消电流换向引处于换向的绕组切割换向极磁场以产生可抵消电流换向引起的起的感应电动势，达到减少换向火花的目的。感应电动势，达到减少换向火花的目的。 一般在负载变化较大的中、大型电机中。在主磁极的一般在负载变化较大的中、大型电机中。在主磁极的极面下开槽嵌放补偿绕组也是用于改善换向的一种方法，极面下开槽嵌放补偿绕组也是用于改善换向的一种方法，补偿补偿绕组与电枢绕组串联，其作用原理与换向极相同。绕组与电枢绕组串联，其作用原理与换向极相同。 此外，正确选用不同材料的电刷以及适当调整电刷位此外，正确选用不同材料的电刷以及适当调

26、整电刷位置等也可在一定程度上减小电刷下的火花。置等也可在一定程度上减小电刷下的火花。第二章 船舶电机与电力拖动系统起动对电流和转矩的要求起动对电流和转矩的要求 电枢串电阻起动电枢串电阻起动减压起动减压起动 1.电枢起动电流应限制电枢起动电流应限制到允许值之内到允许值之内 .2.具有足够量的起动转具有足够量的起动转矩矩 .aSRUIdtdnGDTTLS3752-四、四、 直流电动机的起动、调速、制动直流电动机的起动、调速、制动第二章 船舶电机与电力拖动系统1r2r3rK1K2K3aR1R2R3R-MNUaI直流电动机的起动直流电动机的起动 起动过程分析起动过程分析串入全部的电枢电阻通电起串入全部

27、的电枢电阻通电起动，进入第一组起动动，进入第一组起动 当到达切换点当到达切换点A，第一级起，第一级起动完成。动完成。切除第一级电阻切除第一级电阻r1，电枢电，电枢电流增大，电磁转矩增大，进流增大，电磁转矩增大，进入第二级起动点入第二级起动点B，转速沿，转速沿BC继续上升，重复上述过程，继续上升，重复上述过程，到到C点后完成第二组起动。点后完成第二组起动。切除第二级电阻切除第二级电阻r2，进入第，进入第三级起动三级起动点点D，转速上升到，转速上升到E点后点后,完成第三级起动。完成第三级起动。切除第三级电阻切除第三级电阻r3 ，进入固，进入固有曲线有曲线F点，最后转速沿固有点，最后转速沿固有曲线上

28、升到稳定运行点曲线上升到稳定运行点G。起动对电流和转矩的要求起动对电流和转矩的要求 电枢串电阻起动电枢串电阻起动减压起动减压起动 第二章 船舶电机与电力拖动系统O0nnWNULTTST直流电动机减压起动直流电动机减压起动 直流电动机的起动，直流电动机的起动，可以通过降低电枢电可以通过降低电枢电压的方式来限制起动压的方式来限制起动电流。电流。aSRUI1aTSTSRUCICT1NaSIRUI5 . 25 . 11NaTSTSTRUCICT5 . 25 . 11第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机的调速直流电动机的调速 所谓调速，是指用人为的方式，改变电动所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机

29、的参数，使其转速改变，达到预定的转机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。速运行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 （1）调速范围）调速范围 调速调速范围是指电动机在额定范围是指电动机在额定负载（电动机的电枢电负载（电动机的电枢电流保持在额定值不变），流保持在额定值不变），允许达到的最大转速与允许达到的最大转速与最小转速之比。即最小转速之比。即minnnDman第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机的调速直流电动机的调速 （2）调速的平滑性）调速的平滑性 通通常

30、有电动机的两个相邻常有电动机的两个相邻调速级的转速之比来衡调速级的转速之比来衡量调速的平滑性。量调速的平滑性。K称平滑系数称平滑系数ni上一调速级转速上一调速级转速 ni1 相邻下一级相邻下一级调速转速调速转速 1-iinnK所谓调速，是指用人为的方式，改变电动所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。速运行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机的调速直流电

31、动机的调速 （3）调速的稳定性）调速的稳定性 调速调速的稳定性是指负载转矩发的稳定性是指负载转矩发生变化时，电动机的转速生变化时，电动机的转速随之变化的程度，工程上随之变化的程度，工程上通常用静差度来衡量。它通常用静差度来衡量。它是指电动机运行于某一机是指电动机运行于某一机械特性上时由空载增至满械特性上时由空载增至满载时的转速降对理想空载载时的转速降对理想空载转速之比转速之比 %100%100000nnnnnS-所谓调速，是指用人为的方式，改变电动所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。速运行。调速的技术指标调速的技术

32、指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机的调速直流电动机的调速 （4）调速的经济）调速的经济性性 主要由调速设主要由调速设备的投资，电机运备的投资，电机运行时的能量损耗来行时的能量损耗来决定决定 所谓调速，是指用人为的方式，改变电动所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。速运行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经

33、济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机的调速直流电动机的调速 5）调速时电动机的）调速时电动机的允许输出允许输出 它指电动它指电动机得到允分利用情况机得到允分利用情况下，在调速过程中所下，在调速过程中所能输出的功率和转矩。能输出的功率和转矩。所谓调速，是指用人为的方式，改变电动所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。速运行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输

34、出调速电动机允许输出 第二章 船舶电机与电力拖动系统O0nnNUTA1U2U3UNUUUU123ALT直流电动机调速方法直流电动机调速方法 改变电枢电压调速改变电枢电压调速 过程分析过程分析 调速的特点调速的特点 降低给电枢供电的降低给电枢供电的电源电压时，电动机电源电压时，电动机由原先稳定的特性曲由原先稳定的特性曲线线A点，切换到降压点，切换到降压后的特性曲线后的特性曲线A点，点，通过减速过程，到通过减速过程，到B点处，电磁转矩与负点处，电磁转矩与负载转矩达到新的平衡，载转矩达到新的平衡，于是就稳定运行于此。于是就稳定运行于此。第二章 船舶电机与电力拖动系统O0nnNUTA1U2U3UNUU

35、UU123ALT直流电动机调速方法直流电动机调速方法 改变电枢电压调速改变电枢电压调速 过程分析过程分析 调速的特点调速的特点 （1）属于恒转矩调速性质）属于恒转矩调速性质（2）由于电枢端压不允许超过）由于电枢端压不允许超过其额定值，其转速就降低，固其额定值，其转速就降低，固在调速范围内不会超过额定转在调速范围内不会超过额定转速，一般称在基速以下调速。速，一般称在基速以下调速。（3）随电压的降低而减小，但）随电压的降低而减小，但机械特性的硬度不变。机械特性的硬度不变。（4）若恒转矩负载，调速前后）若恒转矩负载，调速前后的电流、转矩不变，随输入电的电流、转矩不变，随输入电压降低，输入功率减小，转

36、速压降低，输入功率减小，转速下降，输出功率减小，其损耗下降，输出功率减小，其损耗基本不变，所以调压调速的效基本不变，所以调压调速的效率是较高的。率是较高的。第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机调速方法直流电动机调速方法 弱磁调速弱磁调速 过程分析过程分析 调速特点调速特点 O0nnTAAB1TC01n02n1N2N12TCCRCUnTeae2-按高效工作设计原按高效工作设计原则，直流电动机在则，直流电动机在额定工作状态时，额定工作状态时，其磁场是处于临界其磁场是处于临界饱和，所以要通过饱和，所以要通过改变磁通来进行调改变磁通来进行调速，就只能在额定速，就只能在额定磁通以下进行调节，磁通以下

37、进行调节，所以称其为弱磁调所以称其为弱磁调速。速。第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机调速方法直流电动机调速方法 弱磁调速弱磁调速 过程分析过程分析 调速特点调速特点 O0nnTAAB1TC01n02n1N2N12TCCRCUnTeae2-当磁通减弱时瞬时，其电磁转矩的大小不但当磁通减弱时瞬时，其电磁转矩的大小不但取决于磁通，更与电枢电流密切相关，磁通取决于磁通，更与电枢电流密切相关，磁通减小，电枢反电势减小，电枢电流增大，所减小，电枢反电势减小，电枢电流增大，所以电磁转矩反而增加，超过负载转矩（切换以电磁转矩反而增加，超过负载转矩（切换到弱磁特性到弱磁特性A点），电机作加速运动，转速点）

38、，电机作加速运动，转速沿特性上升到沿特性上升到B，电磁转矩与负载转矩相等，电磁转矩与负载转矩相等，进入稳定运行。进入稳定运行。第二章 船舶电机与电力拖动系统（1）弱磁调速属于恒功率调速性质。）弱磁调速属于恒功率调速性质。（2）由于弱磁升速的原因，调磁范围又只能在额定磁通以下调节，）由于弱磁升速的原因，调磁范围又只能在额定磁通以下调节，所以其转速超过额定转速，或说在基速以上调速。所以其转速超过额定转速，或说在基速以上调速。（3） 随磁通减小，则、增大，硬度减小。随磁通减小，则、增大，硬度减小。（4） 若负载转矩恒定，由于电动机输入电压不变，弱磁后，电流若负载转矩恒定，由于电动机输入电压不变，弱磁

39、后，电流增大，输入功率增加，但转速升高，则输出功率也增大了，所以电增大，输入功率增加，但转速升高，则输出功率也增大了，所以电机运行效率较高。机运行效率较高。第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机调速方法直流电动机调速方法 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 过程分析过程分析 串电枢电阻调速特点串电枢电阻调速特点 保持直流电机的保持直流电机的输入电压不变，输入电压不变，保持额定励不变，保持额定励不变，电枢回路串入附电枢回路串入附加电阻，其工作加电阻，其工作特性与机械特性特性与机械特性为为:aeaeICRRCUn+-TCCRRCUnTeae2+-第二章 船舶电机与电力拖动系统O0nnTAABB

40、C直流电动机调速方法直流电动机调速方法 设调速前电机稳定运行设调速前电机稳定运行于固有特性于固有特性A点，电磁转点，电磁转矩等于负载转矩，稳定动矩等于负载转矩，稳定动行于转速行于转速nA。串入电枢。串入电枢电阻电阻R瞬间，转速不能突瞬间，转速不能突变，固电流、转矩减小切变，固电流、转矩减小切换到人为特性曲线上换到人为特性曲线上A，由于这时的电磁转矩小于由于这时的电磁转矩小于负载转矩，电机作减速运负载转矩，电机作减速运动，转速动，转速A下降，随着转下降，随着转速降低，反电势下降，电速降低，反电势下降，电流回升，电磁转矩回升，流回升，电磁转矩回升，直到直到B点，电磁转矩与负点，电磁转矩与负载转矩相

41、等，电机稳定到载转矩相等，电机稳定到下降后的转速下降后的转速nB。若串入。若串入的电阻更大，则曲线越软，的电阻更大，则曲线越软，运行转速越低。运行转速越低。电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 过程分析过程分析 串电枢电阻调速特点串电枢电阻调速特点 第二章 船舶电机与电力拖动系统O0nnTAABBC直流电动机调速方法直流电动机调速方法 （1） 属于恒转矩调速性质属于恒转矩调速性质（2）由于串入电枢电阻，其）由于串入电枢电阻，其转速就降低，固在调速范围内转速就降低，固在调速范围内不会超过额定转速，一般称在不会超过额定转速，一般称在基速以下调速。基速以下调速。（3）理想空载转速不变，斜）理想空载转

42、速不变，斜率随电阻的增在而增大，特性率随电阻的增在而增大，特性越软。越软。若恒转矩负载，调速前后的电若恒转矩负载，调速前后的电流、转矩不变，输入功率不变，流、转矩不变，输入功率不变，但串入的电阻越大，则电枢电但串入的电阻越大，则电枢电阻损耗越大，转速越低，转出阻损耗越大，转速越低，转出机械功率越小，所以电机工作机械功率越小，所以电机工作效率越低，其效率与速度成正效率越低，其效率与速度成正比。比。 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 过程分析过程分析 串电枢电阻调速特点串电枢电阻调速特点 第二章 船舶电机与电力拖动系统直流电动机的制动直流电动机的制动 生产机械的制动，可以通机械和电气两种基本方

43、式来实现，通常这生产机械的制动，可以通机械和电气两种基本方式来实现，通常这两种方法配合使用。以下重点分析直流电动机的电气制动方法、特性及两种方法配合使用。以下重点分析直流电动机的电气制动方法、特性及使用特点。使用特点。 电气制动是指电机运行时，当电磁转矩与转矩的方向相反时的工作电气制动是指电机运行时，当电磁转矩与转矩的方向相反时的工作状态。因为此时的电磁转矩对运动的电机而言，起到了阻碍的作用，故状态。因为此时的电磁转矩对运动的电机而言，起到了阻碍的作用，故称为电气制动，或称制动工作状态。由于在电气制动工作状态下，电机称为电气制动，或称制动工作状态。由于在电气制动工作状态下，电机是将机械能转换成

44、了电能，所以也被称为发电状态。是将机械能转换成了电能，所以也被称为发电状态。 根据运行电路和能量传递的不同特点，可分为能耗制动、反接制动根据运行电路和能量传递的不同特点，可分为能耗制动、反接制动和回馈制动三种方式。和回馈制动三种方式。第二章 船舶电机与电力拖动系统能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 1F2F1F2F+-nTnTaEaEIIZRZR2211+-+将直流电动机的电枢绕组将直流电动机的电枢绕组从直流电源断开，即；保从直流电源断开，即；保持额定励不变；将制动电持额定励不变；将制动电阻与电枢绕组串联成回路，阻与电枢绕组串联成回路， 能耗制动能

45、耗制动 第二章 船舶电机与电力拖动系统n0nAAnB2OCLTLT-maxT-Tcn11F2F1F2F+-nTnTaEaEIIZRZR2211+-+在电机运行于电动状态，在电机运行于电动状态，电机以稳定的速度运行。电机以稳定的速度运行。进行能耗制动切除电枢电进行能耗制动切除电枢电源，输入功率为零，但由源，输入功率为零，但由于惯性的作用（电机贮存于惯性的作用（电机贮存的动能作用），转子继续的动能作用），转子继续旋转，切割磁场，产生感旋转，切割磁场，产生感应电动势，由电枢电势向应电动势，由电枢电势向闭合的电枢回路提供电流，闭合的电枢回路提供电流，电流方向与电枢电势方向电流方向与电枢电势方向相同，所

46、以称其为发电状相同，所以称其为发电状态，而磁场方向不为，而态，而磁场方向不为，而电流的方向变了，所以电电流的方向变了，所以电磁转矩的方向变了，与转磁转矩的方向变了，与转速方向相反，故称其为制速方向相反，故称其为制动工作状态，动工作状态， 能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第二章 船舶电机与电力拖动系统1F2F1F2F+-nTnTaEaEIIZRZR2211+-+n0nAAnB2OCLTLT-maxT-Tcn1 （1） 在能耗制动时，在能耗制动时，机械特性方程为机械特性方程为 ：TCCRICRnTee2-能耗制动的条件能耗制动的条

47、件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第二章 船舶电机与电力拖动系统1F2F1F2F+-nTnTaEaEIIZRZR2211+-+n0nAAnB2OCLTLT-maxT-Tcn1（2）电枢电流反向，其产生的转）电枢电流反向，其产生的转矩也反向，成制动转矩，所以此时矩也反向，成制动转矩，所以此时的电枢电流称制动电流。其最大值的电枢电流称制动电流。其最大值在能耗制动的起点。为了保证能耗在能耗制动的起点。为了保证能耗制动过程的安全，通常限制最大制制动过程的安全，通常限制最大制动电流不超过动电流不超过22.5IN，所以能耗制，所以能耗制动限流电阻的取值范围动限流电阻

48、的取值范围能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第二章 船舶电机与电力拖动系统1F2F1F2F+-nTnTaEaEIIZRZR2211+-+n0nAAnB2OCLTLT-maxT-Tcn1 （1）能量传递关系）能量传递关系 系统将本身贮存的动能系统将本身贮存的动能发电，转换成电能，发电，转换成电能，消耗在电枢回路的电阻消耗在电枢回路的电阻上。上。能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第二章 船舶电机与电力拖动系统1KM2KM1KM2KMaIaEnMZR+-+-n0na1b

49、2df0n-cTaRZaRR +O反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动动，另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动 （1）电源）电源反接制动的反接制动的条件条件 将电将电枢电源的极枢电源的极性接反，同性接反，同时电枢中串时电枢中串入制动电阻，入制动电阻，磁场方向不磁场方向不变变 第二章 船舶电机与电力拖动系统1KM2KM1KM2KMaIaEnMZR+-+-n0na1b2df0n-cTaRZaRR +O反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制直流电动机反接

50、制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动动，另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动 （2）电源反接动运行分）电源反接动运行分析：假若电机原先处于析：假若电机原先处于电动运行状态，现将电电动运行状态，现将电源接反，从图源接反，从图146a中可中可知，其电枢电流反向，知，其电枢电流反向，所以电磁力矩反向，与所以电磁力矩反向，与电机转速方向相反，成电机转速方向相反，成为制动力矩，所以称此为制动力矩，所以称此状态为电源反接制动。状态为电源反接制动。这时的电流从电枢电势这时的电流从电枢电势的正极流出，说明电机的正极流出，说明电机在输出电能，而电流也在输出电能

51、，而电流也从电源的正极出来回到从电源的正极出来回到负极，故电源也在向电负极，故电源也在向电机提供电能，这时的电机提供电能，这时的电流将很大，必需串入电流将很大，必需串入电枢电阻，将电流限制在枢电阻，将电流限制在允许范围之内。允许范围之内。第二章 船舶电机与电力拖动系统1KM2KM1KM2KMaIaEnMZR+-+-n0na1b2df0n-cTaRZaRR +O 反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动动，另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动 （3）电源反接的基）电源反接的基

52、本特点本特点 将直流电动将直流电动机的工作特性方程及机的工作特性方程及机械特性方程中的电机械特性方程中的电压取反即可。在电源压取反即可。在电源反接过程中，电机将反接过程中，电机将系统动能发电，电源系统动能发电，电源同时也在向电机输入同时也在向电机输入电能，这些能量大都电能，这些能量大都消耗在电枢回路电阻消耗在电枢回路电阻中。由于加有反向电中。由于加有反向电源电压，在制动速度源电压，在制动速度为零时，就标志着制为零时，就标志着制动阶段结束，若不及动阶段结束，若不及时切除电源或进行机时切除电源或进行机械抱闸，电机将要进械抱闸，电机将要进入反向电动运行。入反向电动运行。第二章 船舶电机与电力拖动系统

53、GGLTLTnnaIaIZRRnnTTUUaEaE+-+-+-+-nTLT1RCCBBAaRO21RR 2R反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动动，另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动 （1）倒拉反接制动）倒拉反接制动的条件的条件 电动机带有电动机带有的负载为位能性的，的负载为位能性的，电枢回路串有较大的电枢回路串有较大的附加电阻。倒拉反接附加电阻。倒拉反接制动大都应用在吊车制动大都应用在吊车等提升拖动系统中等提升拖动系统中 第二章 船舶电机与电力拖动系统GGLTLTn

54、naIaIZRRnnTTUUaEaE+-+-+-+-nTLT1RCCBBAaRO21RR 2R 反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动动，另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动 当串入大的电枢电阻当串入大的电枢电阻R后，后，特性变得很软，电枢电流特性变得很软，电枢电流减小，电磁力矩小于负载减小，电磁力矩小于负载力矩，作减速运动，随着力矩，作减速运动，随着转速下降，反电势减小，转速下降，反电势减小，电枢电流、转矩要回升，电枢电流、转矩要回升，当转速降到零时，电磁转当转速降到零

55、时，电磁转矩还是比负载转矩小，此矩还是比负载转矩小，此时的电机就会在负载力矩时的电机就会在负载力矩的作用下反转于的作用下反转于C点，转点，转速方向与电磁转矩相反，速方向与电磁转矩相反，电磁转矩成了制动转矩。电磁转矩成了制动转矩。由于转速反向，使得电枢由于转速反向，使得电枢电势反向，故也称发电工电势反向，故也称发电工作状态。作状态。第二章 船舶电机与电力拖动系统GGLTLTnnaIaIZRRnnTTUUaEaE+-+-+-+-nTLT1RCCBBAaRO21RR 2R 反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动动

56、，另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动 （2）倒拉反接制动特点）倒拉反接制动特点 由于电源电压、电枢电势、由于电源电压、电枢电势、电枢电流的方向相同，所电枢电流的方向相同，所以电源在向电机供电，电以电源在向电机供电，电机也在利用机械能发电，机也在利用机械能发电，能量大都消耗在电枢回路能量大都消耗在电枢回路的电阻上。的电阻上。串入的反接电阻越大，则串入的反接电阻越大，则倒拉反接速度越大。其原倒拉反接速度越大。其原因是由于电阻消耗的能量因是由于电阻消耗的能量增大了（负载为恒转矩负增大了（负载为恒转矩负载），而电源提供的能量载），而电源提供的能量不变（输入的电压、

57、电流不变（输入的电压、电流不变），电机发出的电能不变），电机发出的电能就增大，所以倒拉转速增就增大，所以倒拉转速增大。大。第二章 船舶电机与电力拖动系统回馈制动（再生发电制动）回馈制动（再生发电制动） GfsTnSInTUSE+-+-nTCg0ndO21RR -M0n-2R121R回馈制动是指在外力的作用回馈制动是指在外力的作用下，电机的转速超过了理想空下，电机的转速超过了理想空载速度，电枢电势大于了电源载速度，电枢电势大于了电源电压，从而使电枢电流反向，电压，从而使电枢电流反向，与电枢电势的方向相同，而与与电枢电势的方向相同，而与电源极性相反，显然电机此时电源极性相反，显然电机此时输出电能，电源则在吸收电能，输出电能，电源则在吸收电能，电机处于发电工作状态。电枢电机处于发电工作状态。电枢电流的反向使得电磁转矩的方电流的反向使得电磁转矩的方向改变，与转速的方向相反，向改变，与转速的方向相反，成为制动转矩。成为制动转矩。 第二章 船舶电机与电力拖动系统回馈制动（再生发电制动）回馈制动（再生发电制动） GfsTnSInTUSE+-+-nTCg0ndO21RR -M0n-2R121R特点：特点：在回馈制动在回馈制动过 程 中 ， 电