第九章特种电机

1、跳转到第一页在控制系统中，在控制系统中，跳转到第一页 伺服电动机伺服电动机又称又称执行电动机执行电动机。其。其 伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。跳转到第一页一、结构：一、结构：交流伺服电动机就是一台交流伺服电动机就是一台两相交流异步两相交流异步电机。它的定子与单相电容分相式异步电动机相似，电机。它的定子与单相电容分相式异步电动机相似，装有空间互差装有空间互差9090 的的两个绕组：励磁绕组和控制绕两个绕组：励磁绕组和控制绕组，转子采用鼠笼型或杯型转子（杯型转子为了减组，转

2、子采用鼠笼型或杯型转子（杯型转子为了减少转动惯量）。少转动惯量）。励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组杯形转子杯形转子内定子内定子跳转到第一页放放大大器器检检测测元元件件2U2I+U+控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组UCU1I1U+ 励磁绕组串联电容励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。是为了产生两相旋转磁场。 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近相位差接近9090 , ,从而产生所需的旋转磁场。从而产生所需的旋转磁场。励磁绕组和控制绕励磁绕组和控制绕组，它们分别接入组，它们分别接入两个不同的交流电两个不同的交流电源（同频率）源（

3、同频率）二、工作原理二、工作原理跳转到第一页1I2I跳转到第一页02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T正正转转转转反反跳转到第一页02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T跳转到第一页0.8 U20.6 U2on跳转到第一页 交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100W，电源频率分电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广等多种。它的应用很广泛，如用泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。在各种自动控制、自动记录等系统中。跳转到第一页工作原理也与直流电动机相同。工作原理也与直流电动机相同。励磁方式：励磁方式：他励。励磁绕组和电枢

4、分别由两个独他励。励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。立的电源供电。 永磁式。永磁式。U1为励磁电压，直流为励磁电压，直流U2为电枢电压为电枢电压MU1I1I2U2U+直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图跳转到第一页 直流伺服电机的机械直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同特性与他励直流电机相同一样，也可用下式表示一样，也可用下式表示TCCRCUnTEE2a2机械特性曲线如图所示。机械特性曲线如图所示。直流伺服电动机的直流伺服电动机的n=f(T)曲线曲线(U1=常数常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO跳转到第一页直流伺服电机输出功率一般为直流伺服电机输出功率一般为1-6

5、00W。通常应用。通常应用于功率稍大的系统中，如于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制随动系统中的位置控制等。等。 跳转到第一页 测速发电机是一种转速测量传感器。在许多自测速发电机是一种转速测量传感器。在许多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的转速，向动控制系统中，它被用来测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。测速发电机分为测速发电机分为交流交流和和直流直流两种类型。两种类型。 交流测速发电机又分为同步式和异步式两交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，只分析异步式交流测速发电机的工作原理。种，只分析异步式交流测速发电机的工

6、作原理。跳转到第一页 1转子转子定子定子励磁绕组励磁绕组输出绕组输出绕组一、结构一、结构 异步式交流测速发电机的结构与交流伺异步式交流测速发电机的结构与交流伺服电动机相似，转子有鼠笼型和杯形转子（常用），服电动机相似，转子有鼠笼型和杯形转子（常用），定子上有两个绕组定子上有两个绕组（空间互差空间互差90 ），一个是励磁绕组，一个是励磁绕组，一个是输出绕组。一个是输出绕组。输出输出绕组绕组2U+励磁励磁绕组绕组1U1I1+跳转到第一页 静止时，测速发电机的励磁绕组接交流电源静止时，测速发电机的励磁绕组接交流电源U U1 1，输出绕组在输出绕组在空间空间励磁绕组励磁绕组互差互差90 ，无感应电动势

7、。，无感应电动势。 工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电源工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电源U U1 1，由由 U U1 1 4.44 4.44 f1 1N N1 1 1 1 可知：可知：11U 当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割割 1 1产生转子感应电势产生转子感应电势E Er r和转子电流和转子电流I Ir r，它们的大，它们的大小与小与 1 1和转子转速和转子转速 n 成正比：成正比：nEI1rr 转子电流转子电流 Ir也产生磁通也产生磁通 r ， r 在输出绕组中感在输出绕组中感应出电压应出电压U2 ， U2的大小与的大小与 r r成

8、正比：成正比：跳转到第一页r2 UnUnU112 当当 U U1 1恒定不变时，恒定不变时， U U2 2与与n 成正比，这样，成正比，这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。信号，输出给控制系统。 由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测速发电机的输出速发电机的输出电压电压 U U2 2与与n 间间存在着一定的非存在着一定的非线性误差，使用时要注意加以修正。线性误差，使用时要注意加以修正。 综上分析可知：综上分析可知：转子反转，输出电压反向转子反转，输出电压反向跳转到第一页一、结构一、结构 直

9、流测速发电机分直流测速发电机分永磁式永磁式和和他励式他励式两种。两种。两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服电机相同，工作时励磁绕组加直流电压电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。励磁。他他励式直流测速发电机接线图励式直流测速发电机接线图TGRLI2U2+Ra+EI1U1+跳转到第一页 当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，电枢产生电动势电枢产生电动势E

10、，其大小为：其大小为：nCE E发电机的发电机的输出电压为：输出电压为：2a2a2 IRnCIREUE上式中代入：上式中代入：L22RUI 于是于是nRRCUEL2a1 跳转到第一页 当励磁电压当励磁电压U1保持恒定时（保持恒定时（ 亦亦恒定恒定），若，若Ra、RL不变，输出电压不变，输出电压U2与电枢转速与电枢转速 n 成正比。成正比。发电机发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。给控制系统。0nU2RL2RL1RL= RL2RL1nRRCUEL2a1 由于直流电机中存在着电枢反应现象，使得输由于直流电机中存在着电枢反应现象，

11、使得输出电压出电压U2与转速与转速n 有一定的线性误差。有一定的线性误差。 RL越小、越小、n 越越大，误差越大。使用中应使大，误差越大。使用中应使RL和和 n的大小符合的大小符合直流测直流测速发电机的技术要求。速发电机的技术要求。跳转到第一页测速发电机的应用测速发电机的应用组成：组成：测速发电机、转速指示器（电压表）、接线箱测速发电机、转速指示器（电压表）、接线箱连接：连接：测速发电机接主机凸轮轴或尾轴测速发电机接主机凸轮轴或尾轴 转速指示器接测速发电机的输出端转速指示器接测速发电机的输出端应用：应用：主机转速、计程仪主机转速、计程仪跳转到第一页 1、定义 自整角机是一种能对角位移或角速度的

12、偏差自动整步的感应式控制电机。 2、作用 将转轴上的将转轴上的转角转角变换成变换成电气信号电气信号，或将，或将电气电气信号信号变换成变换成转角转角，使机械上互不相联的两根或几根转轴能够自动地保持同步偏移或旋转，以实现以实现角度的传输角度的传输、转换和接收转换和接收。跳转到第一页 3、使用注意 一般成对或多台组合使用。 产生控制信号的主自整角机称为发送机 接收控制信号、执行控制命令与发送自整角机保持同步的自整角机称为接收机。 4、分类（根据功能） 力矩式自整角机 控制式自整角机 5、结构 定子（三相绕组空间上互差120o，称为整步绕组一般接成星形。） 转子（磁极绕单相绕组，作为励磁绕组。通过电刷

13、、滑环接到外电源。） 跳转到第一页接线：接线：发送机与接收机的整步绕组对应相连接，发送机与接收机的整步绕组对应相连接， 励磁绕组接在同一单相交流电源。励磁绕组接在同一单相交流电源。力矩式自整角机原理图力矩式自整角机原理图两台自整角机结构两台自整角机结构完全相同完全相同跳转到第一页 原理：原理： 两机转子两机转子位置一致位置一致时，整步绕组感应电动势大小相时，整步绕组感应电动势大小相等，无感应电流。等，无感应电流。无整步转矩无整步转矩。 发送机发送机转子转过一个角度转子转过一个角度，感应电动势不相等，整，感应电动势不相等，整步绕组中有电流，发送机接收机整步绕组电流方向相步绕组中有电流，发送机接收

14、机整步绕组电流方向相反，产生的电磁转矩方向也相反，发送机转子固定，反，产生的电磁转矩方向也相反，发送机转子固定，接收机转子沿发送机转子偏转的方向转动，直到两个接收机转子沿发送机转子偏转的方向转动，直到两个转子位置一致。转子位置一致。 发送机发送机转子不断旋转转子不断旋转，接收机的转子也会也相同的，接收机的转子也会也相同的速度转起来，永远保持两转子位置的协调。速度转起来，永远保持两转子位置的协调。 接收机输出接收机输出的为与发送机偏转角相对应的的为与发送机偏转角相对应的随动转矩随动转矩，实现转角的传递。实现转角的传递。 应用：应用：接收机转轴只能带接收机转轴只能带很轻很轻负载，用在负载，用在指示

15、指示系统系统跳转到第一页控制式自整角机原理图控制式自整角机原理图接线：接线： 发送机与接收机的发送机与接收机的整步绕组对应相连接，整步绕组对应相连接， 发送机励磁绕组接发送机励磁绕组接单相交流电源，单相交流电源， 接收机的转子绕组接收机的转子绕组作为输出绕组。作为输出绕组。 转子绕组的轴线预转子绕组的轴线预先转了先转了9090o o1U2U102D1D3D4D6D1D2D3D4D5D5D6发送机接收机1I3I2I1SE2SE3SE跳转到第一页 当发送机的励磁绕组接通交流电源后，发送机中建当发送机的励磁绕组接通交流电源后，发送机中建立脉动磁场，三相整步绕组中产生感应电动势。立脉动磁场，三相整步绕

16、组中产生感应电动势。cos1mm)120cos(02mm)240cos(03mm)240cos()120cos(cos03021EEEEEESSS)240cos()120cos(cos03302211IZEIIZEIIZEISSS发送机侧磁场发送机侧磁场:发送机侧感应电动势发送机侧感应电动势:两机的整步绕组回路中产生电两机的整步绕组回路中产生电流流跳转到第一页)240cos()120cos(cos03021mrmrmr电流在接收机定子绕组建立磁场电流在接收机定子绕组建立磁场 对其合成磁场进行正交分解，分为纵向分量与横对其合成磁场进行正交分解，分为纵向分量与横向分量。其纵向分量不与输出绕组耦合，

17、不产生感生向分量。其纵向分量不与输出绕组耦合，不产生感生电动势；而横向分量与输出绕组耦合，产生感生电动电动势；而横向分量与输出绕组耦合，产生感生电动势（设接收转子处于基准零位）。势（设接收转子处于基准零位）。sin2mEEU 输出绕组中的感应电动势是一个随发送机转轴偏转输出绕组中的感应电动势是一个随发送机转轴偏转角改变而按正弦变化的交流量。角改变而按正弦变化的交流量。应用：应用：用在用在随动随动系统系统跳转到第一页舵角指示器是用以反映舵角指示器是用以反映舵叶偏转角舵叶偏转角的装置。的装置。是由是由力矩式自整角机力矩式自整角机组成的同步跟踪系统。发送机安组成的同步跟踪系统。发送机安装在舵机上，其

18、转子与舵柱机械联接；多台接收机安装在舵机上，其转子与舵柱机械联接；多台接收机安装在驾驶室、机舱操纵室等处，转子带指针偏转，在装在驾驶室、机舱操纵室等处，转子带指针偏转，在刻度盘显示舵叶偏转的角度。刻度盘显示舵叶偏转的角度。在自动操舵控制系统中在自动操舵控制系统中采用控制式自整角机，采用控制式自整角机，将舵叶与设定航向的偏将舵叶与设定航向的偏差转角转换成电压量，差转角转换成电压量，作为反馈信号，再去纠作为反馈信号，再去纠正舵叶的偏差。正舵叶的偏差。跳转到第一页 由两套力矩式自整角机组成。由两套力矩式自整角机组成。驾驶台传令钟手柄与驾驶台发送机驾驶台传令钟手柄与驾驶台发送机1转子机械连接，对转子机械连接，对应的接收机应的接收机1安装在机舱操纵台，其转子带动机舱传安装在机舱操纵台，其转子带动机舱传令钟指针同步偏转；令钟指针同步偏转；跳转到第一页另一套自整角机用于机舱回令系统，回令手柄与机舱的另一套自整角机用于机舱回令系统，回令手柄与机舱的发送机发送机2机械连接，驾驶台回令指针由驾驶台接收机机械连接，驾驶台回令指针由驾驶台接收机2转转子带动作同步偏转。子带动