第章控制电机ppt课件

1、LFChun 制作 上海海事大学轮机工程系第第 9 9 章章 控制电机控制电机9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机9.3 步进电动机步进电动机9.4 测速发电机测速发电机9.5 自整角机自整角机9.6 旋转变压器旋转变压器*9.7 感应同步器感应同步器9.1 伺服电动机伺服电动机9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机9.3 步进电动机步进电动机9.4 测速发电机测速发电机9.5 自整角机自整角机9.6 旋转变压器旋转变压器*9.7 感应同步器感应同步器9.1 伺服电动机伺服电动机船舶电机与拖动根底船舶电机与拖动根底前往主页前往主页上海海事大学轮机工程系9.1 伺服电动机伺服电动机 伺服电动机伺服

2、电动机 执行电动机。执行电动机。 功能功能 将电压信号转换成转角或转速信号。将电压信号转换成转角或转速信号。 种类种类 直流伺服电动机、交流伺服电动机。直流伺服电动机、交流伺服电动机。1. 直流伺服电动机直流伺服电动机2. 交流伺服电动机交流伺服电动机第第9 章章 控制电机控制电机 上海海事大学轮机工程系一、直流伺服电动机一、直流伺服电动机 1. 根本构造根本构造 与普通小型直流电动机一样。与普通小型直流电动机一样。 励磁方式励磁方式 电磁式：电磁式： 永磁式：永磁式： +Ua 电磁式电磁式9.1 伺服电动机伺服电动机 If +Uf 他励式、并励式、串励式。他励式、并励式、串励式。稀土永磁资料

3、稀土永磁资料 +Ua 永磁式永磁式如稀土钴、稀土钕铁硼。如稀土钴、稀土钕铁硼。 SMIaE E SMIa上海海事大学轮机工程系2. 任务原理任务原理 施加施加 UaIa主磁通：主磁通： TnE电磁转矩：电磁转矩： T = CT Ia 电动势：电动势： E = CE n电枢电路电压方程：电枢电路电压方程： Ua = E + Ra Ian =UaCERaCECT2T9.1 伺服电动机伺服电动机 上海海事大学轮机工程系3. 控制方式及其特性控制方式及其特性 (1) 电枢控制式电枢控制式 Uf = UfN ， Ua = Uc控制电压控制电压 n =UcCENRaCECTN2TOTn Uc3 Uc2Uc

4、1Uc3Uc2Uc1 机械特性机械特性9.1 伺服电动机伺服电动机 T1 T2 T3 T3T2T1 控制特性控制特性OUcn上海海事大学轮机工程系 (2) 磁场控制式磁场控制式 Ua = UaN ， Uf = Uc控制电压控制电压忽略磁路饱和、不计电枢反响，那么忽略磁路饱和、不计电枢反响，那么 = C Uf = C Ucn =UaNCECUc Ra CECT C2Uc2 T Uc3Uc2 Uc1Uc3Uc2Uc1 机械特性机械特性 控制特性控制特性 非线性。非线性。 直流伺服电动机的功率直流伺服电动机的功率 1 600 W。9.1 伺服电动机伺服电动机 OTn上海海事大学轮机工程系1. 根本构

5、造根本构造(1) 定子定子(2) 转子转子二、交流伺服电动机二、交流伺服电动机 空心杯形转子交空心杯形转子交流伺服电动机的流伺服电动机的构造表示图构造表示图9.1 伺服电动机伺服电动机 转子转子 内定子内定子 外定子外定子 绕组绕组 转轴转轴 上海海事大学轮机工程系(1) 当两相绕组分别加上相位相差当两相绕组分别加上相位相差 90o 的额定电的额定电 压时。压时。 对称两相运转对称两相运转 ic 和和 if 产生产生 圆形旋转磁场圆形旋转磁场产生产生 T 转子旋转。转子旋转。 假设假设 uc 反相，即改动反相，即改动 ic 和和 if 的相序的相序旋转磁场改动方向旋转磁场改动方向 n 的方向改

6、动。的方向改动。 同时减小同时减小 uc 和和 uf 而坚持其而坚持其 90o 的相位差的相位差圆形磁通势圆形磁通势 的幅值的幅值 T n 。2. 任务原理任务原理SM 控制绕组控制绕组 励磁绕组励磁绕组 Uc Uf 9.1 伺服电动机伺服电动机 cfIcIf上海海事大学轮机工程系(2) 当当 uc = 0 或或 uc 0，但，但 uc 和和 uf 同相位时。同相位时。 电动机处在单相形状电动机处在单相形状脉振磁通势脉振磁通势 F0 。 静止时：静止时：n = 0， F0FFFRTFTRT = TFTR TF = TR，T = 0，不能起动；，不能起动； 正在运转时：正在运转时： T 0，转子

7、继续旋转，转子继续旋转 单相自转！单相自转！ TOnn= f(TF)n= f(TR)n= f(T)普普通通异异步步电电动动机机nTOR2 n= f(TF)n= f(TR)n= f(T)交交流流伺伺服服电电动动机机9.1 伺服电动机伺服电动机 上海海事大学轮机工程系(3) Uf = UN，UcUN 且坚持相位差为且坚持相位差为 90o 时，时， 或者或者 Uf = Uc = UN 但两者的相位差小于但两者的相位差小于 90o 时。时。 电动机处在不对称运转形状，将产生一个椭圆电动机处在不对称运转形状，将产生一个椭圆形旋转磁通势。形旋转磁通势。9.1 伺服电动机伺服电动机 SMUc Uf cfFc

8、FfIcIf 椭圆形旋转磁通势的产生椭圆形旋转磁通势的产生 椭圆形旋转磁通势的分解椭圆形旋转磁通势的分解 上海海事大学轮机工程系 任务形状越不对称，任务形状越不对称，FF 和和 FR 相差越小，相差越小， 椭圆形越扁长，椭圆形越扁长，T 越小，越小，n 越低。越低。例如坚持例如坚持 = 90o 和和 Uf 不变，改动不变，改动 Uc 的大小的大小 Uc 由由 0UfFF 加强加强FR 减弱减弱0nnmax椭圆形旋转磁场椭圆形旋转磁场两个旋转磁场两个旋转磁场脉振磁场脉振磁场一个旋一个旋转磁场转磁场 假设改动假设改动 uc 的相位，那么的相位，那么 F 的旋转方向改动，的旋转方向改动， 使使 T

9、反向，从而改动反向，从而改动 n 的方向。的方向。9.1 伺服电动机伺服电动机 上海海事大学轮机工程系(1) 两相控制两相控制 坚持坚持 = 90o 和和 Uc = Uf ，同时改动，同时改动Uc 和和 Uf 的大小一直为对称运转。的大小一直为对称运转。(2) 幅值控制幅值控制 坚持坚持 = 90o 和和 Uf = UN，改动，改动 Uc 的大小。的大小。(3) 相位控制相位控制 坚持坚持 Uc = Uf = UN ，改动，改动 的大小。的大小。(4) 幅相控制幅相控制 同时改动同时改动 uc 的大小和相位。的大小和相位。 交流伺服电动机的功率和频率：交流伺服电动机的功率和频率： 0.1 10

10、0 W，50Hz 、400Hz 等。等。3. 控制方式控制方式9.1 伺服电动机伺服电动机 上海海事大学轮机工程系交流伺服电动机交流伺服电动机9.1 伺服电动机伺服电动机 更多的图片更多的图片 上海海事大学轮机工程系交流伺服电动机交流伺服电动机9.1 伺服电动机伺服电动机 更多的图片更多的图片 上海海事大学轮机工程系9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机MT 一种特殊类型的伺服电动机。一种特殊类型的伺服电动机。 主要特点主要特点 能长期处于堵转形状下任务。能长期处于堵转形状下任务。 低转速、高转矩。低转速、高转矩。 反响速度快、机械特性线性度好、低速稳定性好。反响速度快、机械特性线性度好、低速稳

11、定性好。 用途用途 用于对位置、速度的控制精度要求较高的系统。用于对位置、速度的控制精度要求较高的系统。1. 根本构造根本构造2. 任务原理任务原理第第9 章章 控制电机控制电机 上海海事大学轮机工程系一、根本构造一、根本构造N SN SN SN SN SN SN SN SN SN S刷架环刷架环 转子绕组转子绕组 电刷电刷 构造特点构造特点 扁平形，带槽的定子圆盘中嵌入永磁体。扁平形，带槽的定子圆盘中嵌入永磁体。 有分装式和内装式两种构造方式。有分装式和内装式两种构造方式。直流力矩电动机直流力矩电动机的构造式意图的构造式意图转子铁心转子铁心 9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机 定子定子 上

12、海海事大学轮机工程系直流力矩电动机直流力矩电动机9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机 更多的图片更多的图片 上海海事大学轮机工程系1. 长期堵转运转时，要求温度长期堵转运转时，要求温度 max。 与与max 对应的对应的 Iamax 称为延续堵转电流称为延续堵转电流 Ib。 与与 Ib 对应的有：延续堵转转矩对应的有：延续堵转转矩 Tb 、延续堵转、延续堵转电压电压 Ub、延续堵转功率、延续堵转功率 Pb。 Pb = Ub Ib，二、任务原理二、任务原理Ib = Ra 为电枢电阻为电枢电阻 Ub Ra2. 受定子永磁体去磁条件限制的参数受定子永磁体去磁条件限制的参数 峰值堵转电流峰值堵转电流

13、IP、峰值堵转转矩、峰值堵转转矩 Tb 、峰值、峰值 堵转电压堵转电压 UP、峰值堵转功率、峰值堵转功率 PP。 PP = UP IP，IP = Ra 为电枢电阻为电枢电阻 UP Ra9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机 上海海事大学轮机工程系9.3 步进电动机步进电动机 功能功能 将电脉冲信号转换成转角或转速信号。将电脉冲信号转换成转角或转速信号。 转角转角 脉冲信号的个数；脉冲信号的个数； 转速转速 n 脉冲信号的频率。脉冲信号的频率。 用途用途 高精度的角度控制。高精度的角度控制。 分类分类 按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等； 按转子资料

14、不同：永磁式、磁阻式反响式。按转子资料不同：永磁式、磁阻式反响式。1. 根本构造根本构造2. 任务原理任务原理第第9 章章 控制电机控制电机 与电源、负载、与电源、负载、环境等要素无关环境等要素无关上海海事大学轮机工程系14 231. 定子定子 2. 转子转子一、根本构造一、根本构造 U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步进三相磁阻式步进电动机原理图电动机原理图9.3 步进电机步进电机 上海海事大学轮机工程系 步进电动机的典型构造步进电动机的典型构造 9.3 步进电机步进电机 U2U1W2W1V1V2上海海事大学轮机工程系二、任务原理二、任务原理 一拍一拍 从一次通电到另一次通电。从一次通电到另

15、一次通电。 步距角步距角 每一拍转子转过的角度。每一拍转子转过的角度。(1) m 相单相单 m 拍运转三相单三拍运转拍运转三相单三拍运转 (2) m 相双相双 m 拍运转三相双三拍运转拍运转三相双三拍运转 (3) m 相单双相单双 2m 拍运转三相单双六拍运转拍运转三相单双六拍运转 9.3 步进电机步进电机 上海海事大学轮机工程系14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W11. m 相单相单 m 拍运转三相单三拍运转拍运转三相单三拍运转 通电顺序：通电顺序： U 相相V 相相W 相相U 相。相。 U 相通电相通电 14 23U1U2V1V2W2W114 23 V 相通电相通

16、电 U1U2V1V2W2W1 W 相通电相通电 9.3 步进电机步进电机 14 2314 23一步一步两步两步三步三步 步距角：步距角： = 30上海海事大学轮机工程系2. m 相双相双 m 拍运转三相双三拍运转拍运转三相双三拍运转 通电顺序：通电顺序： UV 相相VW 相相WU 相。相。 14 23U1U2V1V2W2W1 UV 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通电相通电 14 23 步距角：步距角： = 309.3 步进电机步进电机 14 2314 23上海海事大学轮机工程系3. m 相单

17、双相单双 2m 拍运转拍运转 (三相单双六拍运转三相单双六拍运转通电顺序：通电顺序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角：步距角： = 15 9.3 步进电机步进电机 上海海事大学轮机工程系 步距角步距角 =360z Nz ：转子齿数：转子齿数N ：拍数：拍数 转速转速 一个一个 转转 (1 / zN ) 圈，圈， 脉冲频率为脉冲频率为 f 每秒转每秒转 ( f / zN

18、 ) 圈。圈。n =60 fz N例如：三相步进电动机例如：三相步进电动机 z = 40，那么，那么采用单采用单/双三拍时：双三拍时：采用三相六拍时：采用三相六拍时：=360z N 360403= = 3=360z N 360406= = 1.59.3 步进电机步进电机 上海海事大学轮机工程系 步进电动机的参数步进电动机的参数 脉冲脉冲放大器放大器步进步进电动机电动机脉冲脉冲分配器分配器脉冲输入脉冲输入负载负载驱动电源驱动电源 最大静转矩、起动频率、运转频率。最大静转矩、起动频率、运转频率。 步进电动机的控制方式步进电动机的控制方式 9.3 步进电机步进电机 上海海事大学轮机工程系步进电动机步

19、进电动机9.3 步进电机步进电机 更多的图片更多的图片 上海海事大学轮机工程系步进电动机步进电动机9.3 步进电机步进电机 更多的图片更多的图片 上海海事大学轮机工程系步进电动机步进电动机PK系列：系列：5 相为相为 0.72步距角的大转矩、低振动步进电动机。步距角的大转矩、低振动步进电动机。2 相为相为 0.9 1.8步距角的大转矩、低振动步进电动机。步距角的大转矩、低振动步进电动机。9.3 步进电机步进电机 5 相步进电动机相步进电动机 更多的图片更多的图片 上海海事大学轮机工程系9.4 测速发电机测速发电机TG 功能功能 将转速信号转换成与之成正比的电压信号。将转速信号转换成与之成正比的

20、电压信号。 用途用途 校正元件、计算元件。校正元件、计算元件。 种类种类1. 直流测速发电机直流测速发电机2. 交流测速发电机交流测速发电机第第9 章章 控制电机控制电机 上海海事大学轮机工程系一、直流测速发电机一、直流测速发电机1. 根本构造根本构造 与普通小型直流发电机一样。与普通小型直流发电机一样。 励磁方式：电磁式他励和永磁式。励磁方式：电磁式他励和永磁式。Uf If电磁式电磁式9.4 测速发电机测速发电机 永磁式永磁式2. 任务原理任务原理 空载时：空载时：U = E = CE n负载时：负载时：U = E Ra ITGRLI UE TGRLE I U 上海海事大学轮机工程系U =

21、CE nRaURLU = n CE 1 +RaRLU nRL RL2 RL1UnORL2RL1 产生误差的缘由产生误差的缘由 电枢反响。电枢反响。 环境温度的变化，引起各环境温度的变化，引起各 绕组的电阻值变化。绕组的电阻值变化。 负载变化，引起电刷与换负载变化，引起电刷与换 向器接触电阻的变化。向器接触电阻的变化。9.4 测速发电机测速发电机 上海海事大学轮机工程系二、交流测速发电机二、交流测速发电机 1. 根本构造根本构造 定子：定子： 转子：转子：2. 任务原理任务原理 定子铁心上有两相对称绕组。定子铁心上有两相对称绕组。 笼型、杯型。笼型、杯型。输出绕组输出绕组 励磁绕组励磁绕组 Uf

22、 Ifd 正弦交流正弦交流 uf if d d =dm sint(1) 转子静止时转子静止时励磁绕组励磁绕组一次绕组一次绕组转子绕组转子绕组二次绕组二次绕组EdEfEd Id 9.4 测速发电机测速发电机 Ef 上海海事大学轮机工程系IfIdFf Fdd Uf Ifd Ed忽略励磁绕组的漏阻抗，那么忽略励磁绕组的漏阻抗，那么 Uf =Ef = j 4.44 f kwf Nfdm 输出绕组：输出绕组： 与与d 无交链，不会产生无交链，不会产生 E0。 即：即：n = 0 时，时，U0 = 0 。 U0 Ed =j 4.44 f kwr Nrdm 9.4 测速发电机测速发电机 Ef 上海海事大学轮

23、机工程系 Uf Ifd Ed(2) 转子旋转时转子旋转时 d 交变感应交变感应旋转切割旋转切割 Ed Id Eq Iq Eq q q eq = C1d n = C1 n dm sintq = C2 eq = C1 C2 n dm sint = qm sintC1、C2 电机常数。电机常数。qm = C1 C2 n dm 9.4 测速发电机测速发电机 U0 Ef 上海海事大学轮机工程系输出绕组：输出绕组： U0 =E0 = j4.44 f kw0N0qm = j4.44 f kw0 N0 C1 C2 n dm = C1 C2 n Uf kw0 N0Kwf Nfq E0 U0 输出空载电压：输出空

24、载电压： Uf Ifd U0 Eq q 结论：结论： U0 n 。 u0 与与 uf 同频率、同相位。同频率、同相位。 9.4 测速发电机测速发电机 EdEf E0 上海海事大学轮机工程系测速发电机测速发电机9.4 测速发电机测速发电机 更多的图片更多的图片 上海海事大学轮机工程系9.5 自整角机自整角机 BS 功能功能 将转角信号转换成电压信号，或反之。经过将转角信号转换成电压信号，或反之。经过 两个或两个以上的组合，以实现转角的传输、两个或两个以上的组合，以实现转角的传输、 转换和接纳。转换和接纳。 同步联接系统同步联接系统 无机械联接的两个系统同步转动。无机械联接的两个系统同步转动。 种

25、类种类 按作用的不同：力矩式、控制式。按作用的不同：力矩式、控制式。 按相数的不同：单相、三相。按相数的不同：单相、三相。 构造构造 定子、转子。定子、转子。第第9 章章 控制电机控制电机 上海海事大学轮机工程系自整角机的构造表示图自整角机的构造表示图转子铁心转子铁心 单相绕组单相绕组 定子铁心定子铁心 三相绕组三相绕组 电刷电刷 9.5 自整角机自整角机 单相：定子为三相绕组、转子为单相绕组。单相：定子为三相绕组、转子为单相绕组。 三相：定子、转子均为三相绕组。三相：定子、转子均为三相绕组。上海海事大学轮机工程系自整角机的构造图自整角机的构造图9.5 自整角机自整角机 后端盖后端盖 前球轴承

26、前球轴承 集电环集电环端部端部 电刷电刷 集流环集流环端部触点端部触点 电刷电刷 定子外壳定子外壳 转轴转轴 前端盖前端盖 定子绕组定子绕组 转子转子 绕组绕组 减震器轮减震器轮 罩罩 壳壳 上海海事大学轮机工程系一、力矩式自整角机一、力矩式自整角机UVWUVWa 发送机发送机 b 接纳机接纳机 1. 转子处在协调位置时转子处在协调位置时 纵向脉振纵向脉振 EUa = EUb ，EVa = EVb ， EWa = EWb ;IUIVIWIU = IV = IW = 0 T = 0，转子静止。，转子静止。 定定 同同子子 步步绕绕组组9.5 自整角机自整角机 EUbEVbEWbEUaEVaEWa上海海事大学轮机工程系2. 转子处在非协调位置时转子处在非协调位置时 EUaEUb ，EVaEVb ，EWaEWb ; IU、IV、IW 0 T 0， 9.5 自整角机自整角机 UVWUVWa 发送机发送机 b 接纳机