第四节控制电机

1、5.5.控制电机控制电机教学要求：教学要求：了解执行电动机、测速发电机、自整角机的结构、原了解执行电动机、测速发电机、自整角机的结构、原理、分类和应用场合。能说明电动转速表、舵角指示器、理、分类和应用场合。能说明电动转速表、舵角指示器、电车钟的组成原理。电车钟的组成原理。 重点：交流伺服电动机和控制式测速发电机结构、重点：交流伺服电动机和控制式测速发电机结构、 原理和用途。原理和用途。 难点：伺服电动机、测速发电机和自整角机的原难点：伺服电动机、测速发电机和自整角机的原 理。理。交流伺服电机交流伺服电机步进电机步进电机上一页上一页下一页下一页返返 回回自整角机自整角机测速发电机测速发电机一、伺

2、服电动机一、伺服电动机伺服电动机定义：伺服电动机定义：伺服伺服： 跟随（执行跟随（执行用），输出信号跟随控用），输出信号跟随控制输入信号。也叫执行制输入信号。也叫执行电动机。电动机。作用作用：将电信号（信号电：将电信号（信号电压的幅值及相位）变成压的幅值及相位）变成机械位移电机输出转矩机械位移电机输出转矩的大小及转速的方向）的大小及转速的方向） 伺服电动机有交流、直流伺服电动机有交流、直流两种。两种。、交流伺服电动机、交流伺服电动机 结构结构 与分相式单相异步电动机相似与分相式单相异步电动机相似 定子：装有空间互差定子：装有空间互差9090的励磁绕组和控制绕组的励磁绕组和控制绕组转子：细长的鼠

3、笼式（输出力矩大，主要使用）转子：细长的鼠笼式（输出力矩大，主要使用） 杯形式（为减少转动惯量）杯形式（为减少转动惯量）纵横剖面图纵横剖面图系统的组成系统的组成控制绕组控制绕组内定子内定子励磁绕组励磁绕组外定子外定子转子转子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相位差接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近9090 , ,从而产生所需的旋转磁场。从而产生所需的旋转磁场。 1UCU1I1U原理原理

4、：励磁绕组产生脉励磁绕组产生脉动磁场，伺服电动机的转速动磁场，伺服电动机的转速和方向由控制绕组电压决定。和方向由控制绕组电压决定。工作原理工作原理也与直流电动机也与直流电动机相同。相同。MU1I1I2U2U+直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图供电方式：供电方式：他励供电（他励供电（或用永久性磁铁做磁或用永久性磁铁做磁极。极。 ）。励磁绕组和电枢分别由两个）。励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。独立的电源供电。U1为励磁电压，为励磁电压，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控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组控制电流控制电流 测速发

5、电机是一种转速测量传感器。在许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多自动控制系统中，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转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。号电压。测速发电机分为交流测速发电机分为交流和直流两种类型。和直流两种类型。二、测速发电机二、测速发电机 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输出输出绕组绕组2U+励磁励磁绕组绕组1U1I1+、交流测速发电机、交流测速发电机 结构：与交流伺服电动机相似结构：与交流伺服电动机相似定子中有两个绕组：定子中有两个绕组：励磁绕组；输出绕组。空间差励磁绕组；输

6、出绕组。空间差90转子：鼠笼或杯形（多用）转子：鼠笼或杯形（多用） 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转子磁势不与输出绕组交链，所以，输出绕组不感应电势，转子磁势不与输出绕组交链，所以，输出绕组不感应电势，即：即：输出电压为零输出电压为零，U2=0。原理原理：转子静止：转子静止： 测速发电机的励磁绕组接交流电源测速发电机的励磁绕组接交流电源U U1 1，在转子绕在转子绕组上感应电势，产生电流，组上感应电势，产生电流，由由 U U1 1 4.44 4.44 f1 1N N1 1 1 1 可知：可知：11U 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转子转动：转子转动：当被

7、测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割 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，它们的大小与，它们的大小与 1 1和转子转和转子转速速 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 在输出绕组中感应出电压在输出绕组中感应出电压U2 ， U2的大小与的大小与 r r成正比：成正比：r2 U 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综合上述分析可知：综合上述分析可知：nUnU112 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，

8、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。、直流测速发电机、直流测速发电机结构：与普通小型直流发电机相同（分他励和永磁）结构：与普通小型直流发电机相同（分他励和永磁）原理：原理：与普通直流发电机相同与普通直流发电机相同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+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+ 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，

9、其大小为：，其大小为：nKE E 发电机的发电机的输出电压为：输出电压为：2a2a2 IRnKIREUE 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+发电机的发电机的输出电压为：输出电压为：2a2 IRnKUE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），则输出，则输出电压电压U2的大小的大小与电枢转速与电枢转速 n 成正比。成正比。这样，发电机这样，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。控制系统。nU2电动转速表电动转速表主机轴系主机轴系传动机构传动机构测速发

10、电机测速发电机转速指示仪表转速指示仪表可调电阻可调电阻船舶上用来测量主机（或尾轴）转速的电动转速表船舶上用来测量主机（或尾轴）转速的电动转速表三、自整角机三、自整角机作用：同步传递转角和转速，即利用电的联作用：同步传递转角和转速，即利用电的联接、使两个或多个不相联接的轴同步偏转。接、使两个或多个不相联接的轴同步偏转。在应用中，自整角机总是成对使用：一个作在应用中，自整角机总是成对使用：一个作为发送机，一个作为接收机。为发送机，一个作为接收机。分类：控制式、力矩式。分类：控制式、力矩式。结构特点：定子、转子两大部分结构特点：定子、转子两大部分定子铁芯嵌放一套三相绕定子铁芯嵌放一套三相绕组，空间差

11、组，空间差（Y）称整步绕组称整步绕组转子为磁极，绕组单相励转子为磁极，绕组单相励磁绕组，接单相电源，产磁绕组，接单相电源，产生脉动磁场。生脉动磁场。接线形式：发送机和接收接线形式：发送机和接收机的三相整步绕组按对应机的三相整步绕组按对应端相互连接。端相互连接。、力矩式自整角机、力矩式自整角机功能：在自整角机同功能：在自整角机同步传递系统中，当发步传递系统中，当发送机的转子转过某一送机的转子转过某一角度时，接收机将自角度时，接收机将自动跟随转过相同的角动跟随转过相同的角度。度。应用：舵角指示器应用：舵角指示器用途用途: : 置于驾置于驾驶台和舵机驶台和舵机房，用来监房，用来监视舵叶角度。视舵叶角

12、度。原理原理: :自整角机自整角机发送机转子发送机转子与舵柱机械相连，随舵与舵柱机械相连，随舵叶偏转，安装在驾驶台和舵机房叶偏转，安装在驾驶台和舵机房接收机转子接收机转子与与舵角指示器指针随动，指示舵叶偏转角度。舵角指示器指针随动，指示舵叶偏转角度。电车钟电车钟电路电路原理：原理： a两套（四台）力矩式自整角机励磁绕组共两套（四台）力矩式自整角机励磁绕组共同接交流电源；一套驾驶台传令钟手柄与驾同接交流电源；一套驾驶台传令钟手柄与驾驶台发送机转子机械相连，机舱传令钟指针驶台发送机转子机械相连，机舱传令钟指针由机舱接收机转子带动同步偏转；另一套机由机舱接收机转子带动同步偏转；另一套机舱回令手柄与机

13、舱发送机转子机械相连，驾舱回令手柄与机舱发送机转子机械相连，驾驶台回令指针由驾驶台接收机转子带动同步驶台回令指针由驾驶台接收机转子带动同步偏转偏转 。 b驾驶台传令钟手柄扳到所需转速，在整步驾驶台传令钟手柄扳到所需转速，在整步力矩作用下，机舱传令钟指针同步偏转；机力矩作用下，机舱传令钟指针同步偏转；机舱回令手柄扳到传令钟指针所指位置，驾驶舱回令手柄扳到传令钟指针所指位置，驾驶台回令指针同步偏转。台回令指针同步偏转。 、控制式自整角机控制式自整角机结构特点（见下图）结构特点（见下图）左边发送机转子单相绕组接交流电作励磁转动；左边发送机转子单相绕组接交流电作励磁转动； 右边接收机转子单相绕组感应输出电压（转角右边接收机转子单相绕组感应输出电压（转角/ /电压）（因其为变压器状态、系统又叫自整角变电压）（因其为变压器状态、系统又叫自整角变压器）压器）。原理原理 a a发送机转子轴线与定子发送机转子轴线与定子D D1 1相绕组轴线出现偏转角相绕组轴线出现偏转角；接收机转子轴线与定子；接收机转子轴线与定子D D1 1相绕组轴线为垂直位相绕组轴线为垂直位置，偏转角为置，偏转角为。b b发送机励磁绕组通电产生脉动磁场发送机励磁绕组通电产生脉动磁场，定子三相，定子三相绕组分别产生感应电势和感应电流（关系式见