船舶电气与自动化轮机工程技术专业课件

船舶电气与自动化励志博学•厚德创新轮机工程技术专业第二章船舶电机与电力拖动系统第三节

控制电机船舶电气第三节控制电机控制电机主要是对控制信号进行传递和变换,要求有较高的控制性能,如要求反应快、精度高、运行可靠等。控制电机因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件、检测元件等。船用控制电机有伺服电动机、测速发电机和自整角机等。船舶电气一、交流伺服电动机1.基本结构

两相异步电动机定子上绕有两个形式相同并在空间互差90°电角度的绕组,其中一个为励磁绕组,另一个为控制绕组。

转子分笼形和杯形两种。

笼形转子与一般小型异步电动机的转子相同。

空心杯转子由非磁性导电材料如铝或铝合金制造,转子导体电阻较大,杯子底部固定在转轴上,杯形转子壁厚只有0.2~0.8mm,转动惯量小、反应快。在杯形转子内部装有内定子,由硅钢片叠压而成固定在一端端盖上,绕组可装在内铁芯上,也可装在外铁芯上,不装绕组的定子铁芯仅作为主磁通的通路,功率很小时,也可将两相绕组分别装在内、外定子铁芯上。船舶电气

空心杯转子交流伺服电动机的空气隙较大，励磁电流约占额定电流的80％，因而功率因数和效率都低，体积和重量也比较大，但它的转动惯量小，反应灵敏，调速范围大。笼型转子结构简单、制造方便，除转动惯量较空心杯转子大以外，其他性能指标都比较好，所以应用很广泛。在船舶自动控制系统中应用的是鼠笼转子形式的交流伺服电动机，而电罗经内常用转杯式交流伺服电动机。

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图2-45杯型转子交流伺服

电动机的结构图2.工作原理船舶电气

图2－46交流伺服电动机的接线图

在空间相隔90°的两个绕组,分别通入在相位上相差90°的两个电流,便产生两相旋转磁场,转子在该旋转磁场的作用下产生转动。杯形转子和鼠笼转子转动的原理是一样,因为杯形转子可视为由无数导条组成的笼形转子。在控制电压反相时,旋转磁场和转子也都反转,由此实现电动机转速和转向的控制。3.运行特性

交流伺服电动机的特点是不仅要求它在静止状态下,能服从控制信号的命令而转动,而且要求在电动机运行时如果控制电压变为零,电动机立即停转。船舶电气图2-47交流伺服电动机的调压机械特性图2－48交流伺服电动机单相运行时的T-s曲线在运行中,如控制电压为零,电动机立即停转,这是交流伺服电动机的特点,也是自动控制系统所要求的二、直流伺服电动机1.结构特点

直流伺服电动机的结构类似于一般的他励直流电动机,只是造型细长,以利于减小转动惯量。它的励磁绕组和电枢分别有两个独立电源供电,通常采用电枢控制,即励磁电压U1一定,建立的磁通也是定值,控制电压U2加在电枢上。船舶电气图2-49直流伺服电动机的接线图2.控制方法

U2为额定控制电压。在一定负载转矩下,当磁通不变时,升高电枢电压,电机的转速就升高;反之,降低电枢电压,转速就下降;当U2=0时,电动机就立即停转。改变电枢电压的极性,可实现电动机反转。船舶电气图2-50直流伺服电动机的n=f（T）曲线三、伺服电动机的控制船舶电气直流伺服电动机有两种基本控制方式：(1)电枢控制:改变电枢电压来控制转速,适用于电励磁和永磁励磁直流伺服电动机。(2)磁极控制:调节磁通来控制转速,仅适用于电励磁直流伺服电动机。电磁转矩为：交流伺服电机控制方法:(1)幅值控制:控制电压与激磁电压之间保持90°相位差不变,通过改变控制信号(电压)的幅值来改变电机的转速。(2)相位控制:控制电压的幅值保持不变,通过改变控制电压对激磁电压的相角来实现对电机的控制。(3)电容控制:激磁回路串联电容后接到相位和幅值都不变的激磁电源,在改变控制电压幅值时,由于激磁回路电流发生变化,使激磁绕组及其串联电容上的电压分布发生变化,从而使控制电压与激磁绕组上的电压间的相位角也发生变化。(4)双相控制:激磁电压与控制电压间的相位固定为90°,而激磁电压的幅值随控制电压信号的改变而同样的改变,也就是说,不论控制信号大小,电机始终在圆形旋转磁场下工作,可获得最大的输出功率