船舶电气第六章控制用电机.ppt

第六章 控制用电机 61伺服电动机 62测速发电机 63自整角机 64旋转变压器 65步进电动机 学习第六章应该注意的点 第六章学习应注意的几个问题： 1.控制电机的特点和要求是什么 ？ 2.伺服电动机是怎么工作的？它与单相异步电动机有什么差异？ 3.测速发电机的用途是什么？如何工作？ 4.自整角机的结构如何？控制式和力矩式自整角机分别是怎样工 作的 ？整步绕组的电流是单相还是三相？ 5.各种控制电机在什么场合使用？有什么特点？ 本章主要是原理性的概念不要求计算。 相对比较难的点： 1.交流伺服电机“自转”问题的克服；2.自整角机的工作原理。 控制用电机： 用途： 主要用于自动控制系统，检测、比较、放达和执行 。 要求： 精度、灵敏度、稳定、可靠高，体小重轻，耗电少 。 特点： 尺寸相对较大（不饱和），电流密度小（误差小） ，功率小（不是以能量转换为主，而是以控制为主）。 6-1.伺服电动机 本节主要内容有两大部分： l 交流伺服电动机： 主要点：结构、特点，“自转”现象的克服。 l 直流伺服电动机： 主要点：结构、特点。 伺服电动机定义： 伺服： 跟随（执行用），输出信号跟 随控制输入信号。也叫执行电动机。 控制系统根据对系统的检测、比较后按照 一定的控制规律进行调节，输出所需进行的调 节信号就是通过伺服电动机实现的。 伺服电动机有交流、直流两种。 伺服电动机的定义 一、交流伺服电动机 q结构： 实质：两单相异步电动机（与单相异步机相似） 。 组成：定子（励磁、控制绕组），转子（细长形 ，减小转动惯量） 。 杯形转子：可看成无数导条组成的鼠笼转子 。 纵横剖面图 系统的组成 在单相异步电动机工作原理中， 当起动结束后，单相电流产生的脉振 磁场仍然使电机产生电磁转矩。如果 交流伺服电机工作时将控制绕组断电 ，此时按伺服电机用途要求电机停止 转动，但若电机的结构与单相异步电 动机完全相同时，伺服电机就不可能 停止转动，这就是所谓“自转”问题。 “自转”问题 单相异步电动 机的机械特性 单相则“自转” 通过对机械特性的分析，当 转子电阻足够大时，则Sm1。 此时，单相脉振磁场分解成两个 旋转磁场，其中反向磁场产生的 电磁转矩比正向磁场产生的大， 因此，电机总的电磁转矩就为负 值（制动转矩），电机就能快速 停转。 “自转”问题的克服 二、直流伺服电动机 原理： 与普通直流电机完全相同。 所不同的是电枢电阻大，机械特 性软、线性（电阻大，可弱磁起 动、可直接起动）。 控制方式： 1.电枢控制（主要）；2.磁 极控制（少用）。 直流伺服电动机的两 种控制方式 直流伺服电动机的特点：电阻大，机 械特性软。与交流比较，特性是线性的。 交流与直流伺服电动机的特点： 交流： 非线性（由控制解决）； 反应灵敏；体小；便宜；用广。 直流： 线性；滑动接触；火花干 扰；惯性大；体大；相对价高。 伺服电机特点：. 反应迅速；. 精度高 。 第一节要点 ：要求；结构原理（交流“自转”的克 服）；特点。 机械特性 6-2.测速发电机 本节主要内容有两大部分： l 交流测速发电机： 主要点：测速原理（转动才有电压），结构、特点。 l 直流测速发电机： 主要点：测速原理（n与U的关系），结构、特点。 测速发电机现在有被单片机系统取代的趋势。 一、交流测速发电机 结构： 原理： 结构与交流伺服电动机相同，只是绕组 名称不同：1. 励磁绕组；2. 输出绕组。 转子静止： 励磁绕组产生的磁通在转 子绕组上感应电势，产生电流 。转子磁势不与输出绕组交链 ，所以，输出绕组不感应电势 ，即：输出电压为零，U2=0。 转子正向转动： 转子反向转动： 交流测速发电机的特点：简单 、便宜 ，但精度较低 。 转子转动：转子绕组不仅有 （静止感应）的变压器电势，还 存在（切割产生）的电动机电势 ，电动机电势产生电流和磁势与 定子的输出绕组交链，使输出 U2n ； 转子反转：电动机电势相位 变反，输出绕组感应的电压， U2相位也变反。 转子转动后的情况 电压反向 二、直流测速发电机 直流测速发电机结构：与普通直 流发电机的结构相同。不同点：磁路 不饱和，电枢绕组电阻较大。 原理：励磁绕组接电源，当转子转动时，电枢绕组 感应电动势正比于转速，若测速发电机的输出绕组（电 枢）接上负载，则发电机将向负载提供电压信号，输出 电压U2与转速成正比（磁路不饱和）。 特点：精度高，线性；但价格较贵 。 第二节要点 ：工作原理，了解误差原因及影响。 6-3.自整角机 本节主要内容有两大部分： l 力矩式自整角机： 主要点：工作原理（如何跟随），结构、特点。 l 控制式自整角机： 主要点：工作原理（输出什么） ，结构、特点。 自整角机在船上主要用作舵角指示器、车钟等。 自整角机又称为“软轴”或 “电轴”，接收机跟随发 送机转动。主要有力矩式和控制式两种（此外还有差 动式）。自整角机都是成对配合使用的。 结构：定子三相(整步)绕组，转子单相(励磁)绕组。 协调位置：工作时两个转子都不受力（或无输出 ）所处的位置。 失调角：两个转子与协调位置相差的电角度。 注意 ：力矩式输出力矩；控 制式输出包含相位的电压信号 。 需要大转矩的系统应选用 控制式自整角机。 概述 一、力矩式自整角机 接线：将两机的三相整步绕组对应相互连接，两 机的励磁绕组与同一个单相电源连接。 接交流电源 三相整步绕组 对应相连 发送机接收机 A1X1，B1Y1 ，C1Z1分别是 发送机的定子 三相整步绕组 。 I1II1是发 送机的转子励 磁绕组。 A2X2，B2Y2 ，C2Z2分别是 接收机的定子 三相整步绕组 。 I2II2是接 收机的转子励 磁绕组。 协调位置：两机的三相整步绕组感应电势大小 相等、方向相反，整步绕组没有电流流过，整步绕 组不产生磁场，转子励磁绕组不受力。 失调时：两机的三相整步绕组感应电势不相等 ，整步绕组流过电流，产生磁场，并与励磁磁场相 互作用（合成磁场），使转子励磁绕组受力。发 送机转子由操作设备控制，其转子不动，只有接收 机转子转动，转动方向为减小失调角的方向。 力矩式机工作原理 注意 ：三相整步绕组中的电流是单相电流。 两机处于协调位置发送机偏转造成失调 失调时两机的受力情况 处于协调位置时，两机 的三相整步绕组感应电势 对应相等，整步绕组中没 有电流流过，气隙只有励 磁磁场，转子都不受力。 失调后整步绕组有电 流，磁场变化，转子受力 。 二、控制式自整角机 接线：两机三相整步绕组对应相连，发送机励磁 绕组连接单相电源，接收机转子绕组为输出绕组。 接交流电源 三相整步绕组对应相连 发送机接收机 作为输出绕组 控制式机工作原理 协调位置：接收机的输出 绕组与整步绕组产生的磁场平 行，输出电压为零。 失调时：接收机的输出绕 组与整步绕组产生的磁场不平 行，输出电压不为零。如果失 调方向发生变化，则输出电压 的相位变反（相差180）。 输出与控制：控制式自整 角机可通过伺服电动机对所控 制的机械进行驱动。 协调位置正、反向失调位置 第三节要点 ：原理；概念：协 调、失调、整步绕组的单相电流。 6-4.旋转变压器 旋转变压器内容只要求了解：作用原理。 作用：将输入的角度信号转换成高精度的电压信号输出。 结构：定、转子各有一套两相绕组。转角一般180。 定子：正、余弦输入绕组（一个输入，一个补偿）； 转子：正、余弦输出绕组（也是一个输出，一个补偿） 。 原理：输入电压固定时，输出 绕组的电压幅值是转角的正(余) 弦函数。早期控制系统作为模拟 计算机的解算元件，现可用作角 度的线性放大。 定子转子 旋转变压器的精度比自整角机高。 将旋转变压器进行线性连接，其输出电压幅值与 转角呈现线性关系： 当60时，线性误差0.1% 。 旋转变压器的线性连接 输出电压幅值与转角的关系曲线 旋转变压器内容只要求了解作 用原理即可。 6-5.步进电动机 作用： 输入一个信号，转轴转过一个角度，又称脉冲电 动机。步进电动机广泛用于数控机床，作为执行电动机。用 许多种，书中只介绍反应式步进电动机。 结构：定子6个磁极，分为3相，每个磁极上都套有一个 绕组；转子作成齿状铁心。 名词解释： 拍： 一个工作周期定子绕组通电改变的次数。 单拍： 只有单个绕组通电为单拍。 双拍： 须且只须两个绕组通电为双拍。 步距角： 每拍转子转过的角度。 步进电动机内容只要求了解：作用原理。 定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁场作 用下每次转过一定的角度。 实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多 。 反应式步进电动机工作原理 接线与结构A相绕组通电B相绕组通电C相绕组通电 第六章 各节要点 n n 各节要点各节要点： 第一节：要求；结构原理（交流“自转”的克服）； 特点。 第二节：工作原理（交流、直流），了解误差原因 及影响。 第三节：原理；概念：协调、失调、整步绕组的单 相电流。 第四节：结构（绕组名称，作用）， 原理， 误差 及补偿。