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： 交流伺服电动机： 主要点：结构、特点，“自转”现象的克服。 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,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： 交流测速发电机： 主要点：测速原理（转动才有电压），结构、特点。 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： 力矩式自整角机： 主要点：工作原理（如何跟随），结构、特点。 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,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