港口电气传动

港口电气传动基础在现代港口的装卸作业中，大量的港口机械是由电动机拖动运转的。电动机的运行总是和其各个机构联系在一起，电动机和工作机构两者之间的机械传动构成了一个机电运动的整体，称为电气传动系统。现对港口电气传动介绍如下电气传动基础：第一节电动机的分类第二节异步电动机的结构及等效电路第三节电力拖动系统的组成第四节负载的类型及运行特点第一节电动机的分类。电动机直流电动机他励磁可调性好并励磁特性可调复励磁由他励磁、并励磁组成。串励磁用于电机车等。交流电动机同步电动机异步电动机笼型电动机普通型深槽型多速变极型绕线型电机提刷式不提刷式。第二节异步电动机的结构及等效电路一、异步电动机的结构二、异步电动机的型号、额定值三、异步电动机的运行原理四、异步电动机的功率及转矩一、异步电动机的结构异步电动机由定子、转子及其他附件组成。(一)定子由定于铁心和三相绕组构成，其中三相绕组在空间上互差2π／3电角度，且均匀地安放在定子铁心的槽内。三相绕组按适当方式(Y或△)连接后与三相电源相接，从电源吸收电功率。(二)转子主要由转子铁心、转子绕组构成，是电动机输出机械能、带动负载旋转的部分。其中，转子绕组自行闭合，不与电源相接；转子的功率是由定子吸收的电功率经电磁感应而得来的。根据转子绕组的形式不同，异步电动机又可以分为笼型和绕线转子两种，笼型转子结构见图l—2。由图知，笼型转子绕组由铜条或铝条构成，其端部用导体环连接成闭合回路。而绕线转子绕组是将三相对称转子绕组接成Y，三相绕组的端点第二节异步电机的结构及等效电路分别与三个集电环相连，集电环再通过电刷和外接电阻连接闭合，用来改善三相异步电动机的起动性能和调速性能。变频调速的对象绝大多数是笼型电动机，如果对于某些绕线转子电动机也要进行变频调速的话，可以将转子三相绕组短接，为避免电刷与集电环之间因接触不良而引起的故障，一般在集电环之前将它们短接，如图1—3所示。变频调速的对象绝大多数是笼型电动机，如果对于某些绕线转子电动机也要进行变频调速的话，可以将转子三相绕组短接，为避免电刷与集电环之间因接触不良而引起的故障，一般在集电环之前将它们短接，如图1—3所示。变频调速的对象绝大多数是笼型电动机，如果对于某些绕线转子电动机也要进行变频调速的话，可以将转子三相绕组短接，为避免电刷与集电环之间因接触不良而引起的故障，一般在集电环之前将它们短接，如图1—3所示。二、异步电动机的型号、额定值每台异步电动机在其机座上都有一块铭牌，铭牌上标有电动机的型号、额定值、工作制等，如表1—1所示。1.型号：由字母或数字组成，用来表示电动机的种类、规格和用途等。如：普通笼型异步电动机：Y1——产品代号，表示异步电动机112M-2——规格代号，表示中心高112mm，中机座，两极电机、变频调速专用电动机：为了适应变频驱动系统的需要，许多厂家还生产了不同型号、不同类型的变频调速专用电动机。如上海众华特种电机厂生产的YVT315M1—4就是其中的一种。2.额定值额定值是指在保证电动机设计寿命的前提下，能够长期、安全、稳定运行时，电动机能承受的最大值。电动机铭牌上的额定值主要包括：额定电压UN：指电动机在额定情况下运行时，外加于定子绕组上的线电压。额定频率fN：我国交流电源的频率是50Hz，所以国产电动机的fN均为50Hz。额定功率PN：是指在额定电压、额定频率下运行时，电动机轴上能够长期、安全、稳定输出的最大机械功率。额定电流IN：是指在额定电压、额定频率下运行时，电动机定子绕组中能够长期、安全、连续通过的最大线电流。额定转矩TN：该值在电动机的名牌上没有数据，但却是一个非常重要的参数，它是指在额定电压、额定频率下运行时，电动机能够长期、安全、稳定输出的最大转矩。三相异步电动机的额定功率与其他额定数据之间有如下关系：式中——额定功率因数——额定效率NNNNNIUPcos3电动机的额定值户PN、TN表明了电动机带负载的能力，额定值越大允许电动机带的负载也越大。当所带负载小于额定值时，对电动机的运行影响不大，只是电动机的能力没有得到充分发挥，这就是欠载。如果电动机实际所带的负载超过额定值，电动机仍然可以运行，但由于超过了其正常的带负载能力，电动机的发热加剧，允许行的时间会大大缩短，还会影响到电动机的寿命，这就是过载。不管是过载还是欠载，都是电动机的一种运行状态，从充分发挥电动机的能力出发，电动机工作在其额定值附近是比较理想的。3．变频后有效输出值当频率调节到fx时，电动机的外加电压也会发生改变，此时的电动机已不是在额定情况下运行，也就不能再用额定功率PN和额定转矩TN等额定值来衡量电动机的带负载能力，我们将电动机在任意频率人下能够长期、安全、稳定输出的功率和转矩称做有效功率和有效转矩。在变频调速中，是用有效输出值这个概念来衡量电动机的带负载能力的。在fx频率下，如果电动机实际所带的负载超过了有效输出值，电动机就处于过载的工作状态。三、异步电动机的运行原理(一)异步电动机的旋转原理1.旋转磁场在空间上互差2π／3电角度的三相定子绕组U1—U2、V1—V2、W1—W2中通人在时间上互差2π／3相位角的三相交变电流iuiviw。后，它们合成的磁场是一个旋转磁场，如图1—4所示。磁场旋转的转速(即同步转速)n0可用下式表示式中f1——电流的频率；P——旋转磁场的磁极对数。pfn1060如果频率调节成fx，则同步转速n0x。也随之调节成：pfnx1060pfnx1060pfnx1060pfnx1060pfnx1060这是变频调速的基本原理。这是变频调速的基本原理。这是变频调速的基本原理。这是变频调速的基本原理。2．异步电动机的旋转在图1—5中，转子绕组切割旋转磁场，可以看作是磁场静止，转子绕组向反方向旋转切割磁力线，由右手定则可判断转子绕组中的电流方向。载流的转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩T，根据左手定则可判断了的方向(见图1—5)。在了的作用下转子“跟着”定子的旋转磁场旋转起来。3．转差率由于转子绕组和旋转磁场之间必须要有相对运动，转子绕组才能切割磁力线，才能有感应电流产生，进而产生电磁转矩。因此转子转速n与旋转磁场转速n0之间一定存在着一个差值，我们把这个差值叫转差，用△n表示，即△n=n0－n转差n0－n的存在是异步电动机运行的必要条件。如果频率调节成fx，，则转差△n可用下式表示：△nx=n0x－nx(1-2)式中nx——频率fx时的比值为转速。转差n0－n同步转速n0的比值称为转差率，用s表示，即转差率的大小同样也能反映转子转速和电动机的工作状态。由上式可知：00nnns)1(60)1(10spfsnn电动机在额定状态时，转子转速n通常与n0相差不大，因此额定转差率一般都比较小，其范围sN＝0．01～0．05之间。转差率s是异步电动机的一个基本参数，它对电动机的运行有着极大的影响，其值越大，转差也越大，转子绕组切割磁力线的速度也越大。转子绕组中的感应电动势E2S、感应电流I2S和频率f2都会增加，转子产生的电磁转矩了也会增加。因此，转子绕组中的E2S、I2S及它们的频率f2，电磁转矩T的大小，在一定的范围内随s的增加而增大(转子回路的有些参数带有下标，表示该参数的大小与转速有关)。(二)异步电动机的等效电路1.等效电路异步电动机的转子能量是通过电磁感应而得到的。定子和转子之间在电路上没有任何联其电路可用图1—6来表示。——定子的相电压；——定子的相电流；r1、x1——定子每相绕组的电阻和漏抗(漏磁感抗)；x2S——分别为转子电路中产生的电动势、电流、漏电抗；1U1ISE2SI2——每相定子绕组的反电动势，它是定子绕组切割旋转磁场而产生的，其有效值可计算如下：(1-3)式中KN1——与绕组结构有关有常数；N1——每相定子绕组的匝数。SE2MNNkfE111144.4由电动机的基础知识可知：转子回路的频率f2=sf1与转差率成正比，所以转子回路中的各电量也都与转差率成正比。为了方便定量分析定、转子之间的各种数量关，应将定子、转子回路的频率、绕组、匝数不同，故必须进行折算，折算后，异步电动机的等效电路如图1—7所示。图中rm——励磁电阻，是表征异步电动机铁心损耗的等效电阻：xm——励磁电抗，是表征铁心磁化能力的一个参数；I0——励磁电流；RL’——机械负载的等效电阻，，在上消耗的功率就相当于异步电动机输出的机械功率；I’2,E‘2r‘2x‘2等参数——经过折算后的转子参数。2．平衡方程式从图1—7中可以很方便地得到异步电动机在运行过程中的关系式：(1)定子侧的电动势平衡方程式U1=E1+I(r1+jx1)（1-4）由于E1和I(r1+jx1)用来平衡电源电压U1，而在额定频率下I(r1+jx1)占的比例很小，可忽略，所以电压和电动势的有效值近似相等：LR21rSSRL(2)转子电动势平衡方程E2=I2RL’+I2R2’JI2X2’（1-5）如果将上式乘以E2’I2’，为通过气隙传送到转子上的电磁功率I22RL’，为转子轴上输出的总机械功率，I’22r2’为转子铜耗，由于转子铜耗所占的比例很小，所以转子的功率绝大部分都转换成了机械功率。(1(3)电流方程I1=_I2+I0（1-6）上式表明：定子电流可以分成两部分，其中很小一部分．用来建立主磁通Фm，而大部分用来平衡转子侧的感应电流，使转子能够得到足够的能量拖动负载。，，四、异步电动机的功率及转矩由异步电动机的等效电路可以清楚地看到，三相异步电动机的功率传递过程是：由定子向电源吸取电功率，经电磁感应传递到转子，称为电磁功率，该功率使转子产生电磁转矩，从而转换成机械功率，带动负载旋转。1．异步电动机的功率传递异步电动机在功率传递的过程中，不可避免地会有功率损耗，可用图1—8来表示三相电动机的功率流程。图中P1—定子向电源吸收的电功率pem—传递到转子的电磁功率Pm—电动机轴上的总机械功率P2—传递给负载的机械功率；Pcu1,Pcu2—定子、转子铜损,是在定、转子绕组上的损耗,Pfe---铁损，是在铁心上的损耗，Pm,.Ps---机械损耗、附加损耗。1PMP2P（1-7）由于损耗的存在，在功率传递的过程中，要不断地扣除各种损耗，则负载得到的机械功率P2可用下式表示：（1-8）由于不断地扣除损耗，负载得到的机械功率P2比电动机向电源吸取电功率P1要小。电动机的效率可用下式表示：=P2/P1srIIEPem2222223cos3)(2smMppPP2.异步电动机的转矩(1)转矩平衡方程式将式（1-8）两边同除以机械角速度后得到:sMMppPP2即式中——T电动机的电磁转矩（）；T2——电动机的输出机械转矩，也等于负载的阻转矩，即T0——电动机的空载转矩TL和T0均为制动转矩，它们与电磁转矩方向相反，只有满足转矩平衡方程式后电动机才能以一定的转速稳定运转。为简便分析起见，认为TL中包括T0，所以转矩平衡方程式可表示为02TTTMMemPPTLTT2LTT1)电磁转矩的表达式电磁转矩基本公式（1-9）nPPTMM9550式中Pm的单位为KW；T的单位为N·m2)电磁转矩的物理表达式式中CT—转矩常数；—主磁通。22cosICTMT3)电磁转矩的参数表达式（1-11）式中p—磁极对数；U1—电源的相电压；f1x—电源频率。])()[(2322122211221xxsrsrfsrpUTx第三节电力拖动系统的组成及特性：一、拖动系统的组成二、传动机构的作用及系统参数折算三、异步电动机的机械特性四、异步电动机的起动和制动第三节电力拖动系统的组成及特性：一、拖动系统的组成(一)组成由电动机带动生产机械运行的系统称做电力拖动系统；一般由电动机、传动机械、生产机械、控制设备等部分组成，如图1—21所示。1．生产机械生产机械是电力拖动系统的服务对象，对电力拖动系统工作情况的评价，将首先取决于生产机械的要求是否得到了充分满足。同样我们设计一个拖动系统最原始的数据也是由生