港口电气设备整套课件汇总完整版电子教案(全)

1、港口电气设备二直流电动机电力拖动三 三相异步电机电力拖动一电力拖动基础知识 绪 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

2、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

3、转矩TL随转速n变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即n=f(TL)。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TL=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TL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 PL=常数,TL=9.55P

4、/nTL=Kn2 例：车床切削粗加工时,切削量大(TL大)，用低速档；精加工时，切削量小(TL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

5、。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

6、，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

7、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11.5mm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

8、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0.75mm；大型电机气隙可达510mm 。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Rpa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

9、枢回路串电阻时的人为机械特性 斜率 增加电 阻 增 加n0 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，n0减小(2)改变电源电压的人为机械特性减小， 增大，n0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， Ea=0， 由U=EaIaRa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Q2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

10、击，损坏传动机构 由于电枢电阻Ra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（1020）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(TstTL)。 （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Ist。为获

11、得足够的起动转矩（TstTL），起动时电流通常限制在(1.52)IN 内，则起动电压应为： Ust=IstRa=(1.52)INRa 当n，Ea Ia, Tst 须U 保证起动电流和转矩保持在一定的数值上。至U=UN，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Rst，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TSt2起动点Ist1和Tst1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Ia任意一个参数改变方向

12、，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

13、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 20120 ，龙门刨床1040，轧钢机 3120，造纸机320 等。 显然，在相同的n0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r30 ，一般设备要求r50 ，高精度的造纸机要求r0.1 。 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

14、（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，Rpa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，IaT U，Ia方向与电动运行状态相反，T的方向与电动

15、运行状态时相反，为制动性质，P10，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 n0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Rbk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

16、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

17、。定子绕组的线圈示意图 三相绕组的六个出线端（U1、V1、W1，U2、V2、W2）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

18、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

19、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。

20、 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0.21.5mm。 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n1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

21、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n1。 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sN一般为1.5%5%。n=n1(1s) 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：01。 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

22、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U1、频率f1、电动机的的参数(r1 、r2、 X1、 X2、p及m1)以及转差率s之间的关系，称为参数表达式。 当U1、f1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

23、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(0s1) s=0时，T=0当s， s0区间，Ts 当s继续至s1区间，T1/s 最大转矩点最大转矩倍数 过载能力 一般：2.02.2 起动时，s=1，代入公式：起动转矩起动转矩倍数一般：1.82.0 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，nn n1s0，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

24、，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PN、nN、 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I2cos2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。 Tmax=mTN=9.55m PN /nN 式中实际使用时，先根据巳知数据计算出Tmax和sm，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-

25、 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UN和fN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(U1、f1、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

26、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 Tmax U12降压人为机械特性 2）最大转矩点 nm=n1(1sm)不变 3）起动点Tst U12端电压U1 ，n ；电动机的起动转矩Tst和过载能力(m =Tmax/TN)都显著地下降了，这在实际应用中必须注意。1）同步点若U1 太多，使Tmax1后，Tst随Rp ，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

27、，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)r2/s=0，相当于电路短路，所以： 起动电流大：Ist=(57) IN。起动转矩并不很大， Tst=(1.82) TN。而Ist大， Ist Z1 ， E1 ， 1；另s=1，X2s=X2最大， cos 2 ，由Tst=CT1I2cos2,得到Tst并不是很大3 三相异步电

28、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

29、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(TU12)。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

30、(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U1 UN，此时Ist1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

31、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

32、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，( r2+Rst)，Ist ，Tst 。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：abcdefg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Tst2跃至Tst

33、1，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 3050mm厚钢片叠压成铁心，铁损大起动时，s=1即f2=f1最高，频敏变阻器铁耗pFem最大，对应的等效电阻Rmp也很大。使Ist ，Tst ，获得较好的起动性能。随着n ，s，f2 , 因pFem f 2 ，Rmp (这时sXmp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，sN很小即f2极低，所以Rmp及sXmp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

34、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n1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

35、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U1E1=4.44f1N1kN11 结果：铁心严重饱和, I0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n1，从而使电动

36、机获得平滑调速。 由1 变频与调压的配合 若f ,U1不变, 1 基频以下调速 基频以上调速 变频时1保持不变 U1 UN 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 n1f1 最大转矩点 起动转矩点 Tst1/f1基频以上时Tmax， Tst （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

37、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Rp1后，I2 ，T ，T0P2Pm= T 0s=01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Rbk 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

38、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 n10 ，s1( II象限) E2、sE2、I2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，T0，若不切除电源，电机将反向起动。制动电阻Rbk 作用:限制制动电流，增大制动转矩(Tb Tb)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,T0)P1 Pem=m1I22r2/s 0P2Pm= T 0 ，n1 (IV象限 )(1)原理和机特过程：a b n至0 ，Tc0P20都转化为转子

39、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n10，n0， s0 (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n1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，n0，nn1，sn1，进入回馈制动，在T及TL的共同制动下系统开始减速，从b点到n1的降速过程中都是s0 ，所以是回馈制动过程。从n1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

40、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

41、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1-2HK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

42、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1-3HH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

43、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1-6LA911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 结构 按钮外形图1-7部分按钮的外形 按钮符号图1-8按钮的图形符号和文字符号 LA系列按钮符号的型号（LA - ）含义如下LA结构形式代号（K、S、J、X、H、F） 动断触点数动合触点数设计序号按 钮主令电器常用的按钮型号为LAY3、LA6、LA10、LA

44、9等系列 （四）脚踏开关 脚踏开关是用于交流50Hz额定工作电压至380V，直流至220V的控制电路中，借助脚踏板的传动，驱动触头元件作出相应的分、合动作，从而操纵着电力驱动装置和控制电路。 LT1型脚踏开关的主要技术数据电流种类额定电压/V额定电流/A关合电流/A感性负载时的分断电流/A直流20010501.5交流200、38010表1-1LT1型脚踏开关的主要技术数据 LT3型脚踏开关的外形 LT3型脚踏开关的结构形式分为：无安全防护装置型和有安全防护装置型两类。它的操作频率为300次/小时，机械寿命为100万次。 图1-9LT3型脚踏开关的外形（四）凸轮控制器 凸轮控制器，是一种具有多种

45、切换功能的控制电器，在起重设备中是通过它的触头完成对电动机的起动、调速、换向以及线路联锁保护的控制，进而实现各机构按规定的程序进行动作。凸轮控制器结构1-凸轮 2-杠杆 3-动触点 4-静触点 5-弹簧 6-滚子凸轮控制器触点动作原理图 注：按电路的需要，可以做成多种不同形状的凸轮，而得到多种规律的触头分合顺序，去控制多个电路 凸轮控制器的型号表示方法KT线路特征J1/额定电流（A）设计序号交流凸轮控制器凸轮控制器的型号表示方法KT线路特征J/额定电流（A）设计序号交流凸轮控制器10凸轮线路特征：KT10系列用1、2、 3、 5、 7数字表示 1控制一台绕线转子异步电动机； 2控制两台绕线转子

46、异步电动机（没有控制电动机定子 线路的触头）； 3控制一台笼型异步电动机； 5控制两台绕线转子异步电动机； 7控制一台绕线转子异步电动机（转子回路串接频敏变阻器）。凸轮控制器关合表的表示方法（一）触头左零位右321123K1K2K3K4K5表1-2 凸轮控制器触头关合次序表“” 表示在该位置时，触头是闭合的，没有“” 表示触头是断开的 凸轮控制器关合表的表示方法（二）图1-11凸轮控制器触头通断直接表示法 黑点表示在该位置时，触头是闭合的，没有黑点表示触头是断开的 （六）主令控制器 主令控制器是向控制电路发出指令并控制主电路工作的一种间接控制电器，必须用一套接触器继电器组成的控制屏来配合工作，

47、用来控制电动机的起动、制动、换向和调速。 主令控制器的工作原理基本上与凸轮控制器相似，用来控制控制回路的。 主令控制器的应用：由于线路复杂，使用元件多，成本高，体积大，故仅在电动机容量较大、操作频率高、起重机工作繁重、起重机机构多、要求起重机工作时有较好的调速、点动性能等情况下才采用。主令控制器的型号表示方法LK1810KL/辅助规格代号，表示触头分合程序，用数字表示 操作方式：“L”表示立式手柄，无字母时表示水平式手柄防护形式：“K”表示无防护式，无字母时表示为防护式基本规格代号，表示约定的发热电流 设计代号 主令控制器主令控制器触点的关合表表示方法 主令控制器触点的关合表的表示方法与凸轮控

48、制器相同 图1-12中，SB为主令控制器的锁开关，操作手柄时，只有按下时操作方可有效，K1用作零位保护，K2、K3用作方向控制，编码器的转轴与操作手柄机械关联，图1-12最新主令控制器功能组成图结束模块一 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 课题二 常用自动控制电器 常用自动控制电器基本结构、种类及型号常用自动控制电器主要电气性能常用自动控制电器选用与使用知识点合理选用常用自动控制电器正确安装与使用常用自动控制电器技能点一、课题引入 自动控制电器主要包括接触器和继电器，是实现远距离控制、多点控制及自动化智

49、能化控制的基础器件，一些反应参数变化的继电器则成为可编程控制器（PLC）传感器件。因此接触器和继电器的合理选择及其正确使用是电气自动控制基础和前提。学习接触器和继电器的相关知识也是学习可编程控制器技术的基础，是港口电气设备与控制必备基础知识。二、课题分析 现代大型港口机械的电气控制系统是以PLC为核心，但接触器仍是切换大电流、大功率负载的执行电器，继电器则在电气控制系统中发挥着保障作用。如何合理选择接触器？怎样正确使用接触器？各种继电器又如何选用和使用呢？ 三、相关知识（一）接触器 接触器是一种依靠电磁力的作用使触点闭合或分离，从而接通或分断交直流主电路和大容量控制电路，并能实现远距离自动控制

50、和频繁操作，具有欠（零）电压保护，是自动控制系统和电力拖动系统中应用广泛的低压控制电器 。1、交流接触器组成： （1）交流接触器电磁系统（2）触点系统（3）灭弧装置（4）其他部件 反作用力弹簧、缓冲弹簧、传动机构和接线柱等1-动触点；2-静触点； 3-衔铁；4-缓冲弹簧； 5-电磁线圈： 6-静铁心；7-垫毡；8-触点弹簧； 9-灭弧罩；10-触点压力簧片图1-13CJ20交流接触器结构示意图 交流接触器结构 交流接触器工作原理2、直流接触器图1-14 直流接触器的结构原理图1-铁芯；2-线圈；3-衔铁；4-静触点；5- 动触点；6-辅助触点； 7、8-接线柱；9-弹簧；10-底板接触器图形符

51、号及文字符号 图115接触器的文字符号与图形符号a)辅助动断触点b)辅助动合触点c)主触点d)线圈3、直流接触器（1）额定电压 接触器铭牌上的额定电压是指主触点的额定电压 （2）额定电流 接触器铭牌上额定电流是指的主触点的额定电流 （3）吸引线圈的额定电压 （4）电气寿命和机械寿命 以万次表示 （5）额定操作频率 以次/h表示。4、接触器的选择（1）根据接触器所控制的负载情况，来确定接触器的类别 （2）根据被控电路中电流大小情况，确定接触器的容量等级 （3）根据控制回路的电压来选择接触器的吸引线圈的电压。 （4）根据使用地点的周围环境来选择有关系列或特殊规格的接触器 5、接触器的使用（1）定期

52、检查接触器的零件，要求可动部分灵活，紧固件无松动。 （2）允许在去掉灭弧罩的情况下使用，防止触点分断时电弧互相连接而造成相间短路事故 （3）接触器应垂直安装，倾斜度不应超过5，否则会影响接触器的动作特性。 （二）继电器 继电器是一种根据电量或非电量的变化来通断小电流电路的自动控制电器 。分类：按动作原理分：有电磁式继电器、电子式继电器、热继电器等。按吸引线圈电流分：有直流继电器、交流继电器等。按输入信号分：有电流、电压、时间、温度、速度和压力继电器按输出形式分：有无触点和有触点继电器等。按用途分：有控制继电器、保护继电器、通信继电器、航空和航海用继电器等。一、电磁式继电器图116电磁式继电器的

53、图形符号和文字符号a)线圈一般符号 b)过电流、欠电流继电器线圈 c)过电压、欠电压继电器线圈 d)动合、动断触点 电磁式继电器工作原理及结构和电磁式接触器相似，由电磁机构和触点系统组成。 1、电流继电器反映电流变化 图117 JT4系列过电流继电器）外形 b)结构1-铁芯；2-磁轭；3-反作用弹簧；4-衔铁；5-线圈；6-触点2、电压继电器根据电压大小而动作3、中间继电器传递信号和控制多个电路的辅助控制电器 中间继电器适用方面： (1)当电压或电流继电器触点容量不够时； (2)当其他继电器或接触器触点不够时； (3)电动机额定电流不超过5A的电气控制系统 二、时间继电器 时间继电器是从得到输

54、入信号(线圈的通电或断电)开始，经过一定的延迟后才输出信号(触点的闭合或断开)的继电器 。 分类： 电磁式 空气阻尼式 电动式和电子式 1、空气阻尼式时间继电器利用空气通过小孔节流进入气囊的原理来获得延时动作图118JS7A系列时间继电器1-线圈2-铁心3-衔铁4-反作用力弹簧5-推板6-活塞杆7-塔形弹簧 8-弱弹簧9-橡皮膜10-空气室壁11-调节螺钉 12-进气孔 13-活塞 14、16-微动开关15-杠杆断电通电2、电动式时间继电器微型同步电动机拖动减速齿轮以获得延时动作图119JS11电动式时间继电器结构原理图1-延时值整定；2-指针定位；3-指针；4-刻度盘；5-复位游丝； 6-差

55、动齿轮； 7-减速齿轮；8-同步电动； 9-凸轮；10-脱扣机构； 11-延时触头；12-不延时触头；13-离合电磁铁；14-凸轮；15-动触点；16-静触点；17-接线插脚3、电子式时间继电器利用电容两端的电压不能突变而获得延时信号获得延时动作图1-20 JS20系列电子时间继电器4、无触点重复延时继电器应用电子技术，实现的无触点可重复延时 图1-21重复延时继电器电气原理图 时间继电器的图形符号和文字符号：图1-22时间继电器的图形符号和文字符号线圈一般符号b)通电延时线圈 c)断电延时线圈d)延时闭合的动合触点e) 延时断开的动断触点f) 延时断开的动合触点g) 延时闭合的动断触点 h)

56、瞬时动合触点i) 瞬时动断触点 三、速度继电器反映转速和转向变化的信号继电器组成：1转子2电动机轴3定子4绕组 5定子柄6静触点7动触点8簧片图1-23 速度继电器结构原理图 速度继电器的图形符号和文字符号：图124速度继电器的图形符号、文字符号a) 转子b) 动合触点c) 动断触点结束模块一 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 课题三 常用保护电器 常用保护电器基本结构、电气保护原理、种类及型号常用保护电器主要电气保护性能常用保护电器选用、使用与维护知识点合理选用常用保护电器正确安装、使用与维护常用保护

57、电器技能点一、课题引入 港口电气设备在运行中可能某种原因如电器绝缘老化、电动机堵转等，使电路的电流超过设计的极限值，此时若不能及时发现并采取有效的措施，就可能造成电路或电器的烧毁，甚至危及人身与财产安全。因此，在港口电气设备中都采取多种形式的保护措施，以确保港口电气设备的安全运行，装卸生产的顺利进行识。二、课题分析 在港口电气设备中有过载保护、短路保护、欠压保护、起升高度限制、超载保护等等，不同的保护目的所采用的保护电器也不同，相同的保护目的也有不同参数选择。根据实际的工作需要如何合理选择保护电器，使保护电器既不会误动作也能保证电路、电器的安全？这是本课题要学习的内容呢？ 三、相关知识（一）熔

58、断器 熔断器器俗称保险丝，是一种简单而有效的保护电器组成：熔体、熔管（或熔座） 电流保护形式：过载延时保护 短路瞬时保护1、熔断器的分类（1）插入式熔断器 （2）螺旋式熔断器（3）封闭式熔断器（4）快速熔断器（5）自复熔断器 常用的熔断器主要有以下五种： （1）插入式熔断器1熔体 2动触点 3瓷插件 4静触点 5瓷座图1-25 插入式熔断器组成： 常见的插入式熔断器有RC1A系列，其额定电压为380V，熔断器的额定电流有5A、10A、15A、30A、60A、100A、200A七个等级 （2）螺旋式熔断器图1-26 螺旋式熔断器1底座 2熔体 3瓷帽 4熔断指示器（3）封闭式熔断器（有填料）图1

59、-27 有填料封闭管式熔断器1瓷底座 2弹簧片 3管体 4绝缘手柄 5熔体（3）封闭式熔断器（无填料）图1-28 无填料密闭管式熔断器1铜圈 2熔断管 3管帽 4插座5特殊垫圈 6熔体 7熔片2、熔断器的选择（1）熔断器的安秒特性（保护特性） 熔断器的熔断时间t与通电电流I的关系曲线t = f ( I ) 图1-29 熔断器的安秒特性曲线（2）熔断器的选择 当用于保护无起动过程的平稳负载如照明线路、电阻、 电炉等，可按下式计算：URTR URT ，且 IRTR IRT式中 URTR 熔断器额定电压； IRTR 熔断器额定电流； URT 线路额定电压； IRT 负载额定电流。（2）熔断器的选择

60、用于保护单台长期工作的电动机时： IRTR （1.52.5）IRT用于保护频繁起动的电动机时： IRTR （3.58）IRT用于保护多台电动机时： IRTR （1.52.5）IRTmax +IRT式中 IRTmax多台电动机中容量最大的一台电动机的额定 电流； IRT其余电动机额定电流之和。3、熔断器的型号表示及符号 熔断器的型号表示方法：熔体的额定电流熔体的额定电流熔断器的额定电流A：改进型设计设计序号结构形式：C（插入式）、L（螺旋式）熔断器 熔断器的符号表示方法：图 130 熔断器的符号4、熔断器的使用与安装 （1）正确选择熔断器和熔体。（2）对于插入式熔断器，熔体拧紧方向应正确，拧力应