二船舶电机与电力拖动系统.pptVIP

第一节 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。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。根据电流种类电机分交流电机和直流电机。 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。 一、直流电机的工作原理 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，转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。 直流电机的额定值 （1）额定功率 （ ） （2）额定电流 （3）额定电压 （4）额定转速 （5）额定励磁电压 （6）额定工作方式 直流电机的励磁方式 直流发电机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4种励磁方式的电路图。 （1）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。其励磁功率约为直流电机额定功率的 1～3％ 。 （2）并励发电机：励磁绕组电路与电枢电路并联。 并励绕组导线细、匝数多、电阻大，励磁电流小。并励发电机的电流关系为 。励磁功率约为直流电机额定功率的 2～10％ 。 1、直流发电机的空载特性 当保持发电机的转速n不变，负载电流I=0时（发电 机主开关处于断开状态），发电机的电枢电势（或空载电压U0）与励磁电流If之间的关系，即 曲线称为空载特性。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为 ，与励磁电流 之间为磁化曲线关系。 2、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。 （2）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向 有关。在固定转动方向下，主要决定于两并联电路 的连接极性。 （3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。励磁电阻过大或发生断路时，不能自励建立正常电压。当然转 速过低，空载特性曲线变低也使两曲线的交点变 低，而无法建立起正常的电压。 3、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，发电机的端电压随负载电流而变化的关系。 下图a为他励和并励发电机的外特性曲线。曲线1为 他励发电机，曲线2为并励发电机。 下图b是复励发电机的外特性曲线。当供电线路较 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平复励发电机。 下图给出三种励磁方式的发电机的接线图。 4、直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 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。 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 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。图中 表示串入电枢电路的起动或调速用的电阻；表示调节励磁电流的外串电阻。 1）直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，电网便向电动机输入电功率 ，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 。 当电动机在电磁转矩T的作用下旋转时，电枢绕组切割磁场产生感应电势E，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 , 由于反电势的作用，电动机便从电网吸收电功率，通过电磁感应的作用，将一部分电功率转换为机械功率。 电势平衡方程 参照上图，不考虑