第06章控制电机

船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系控制电机主要用于自动控制系统中作为检测、比较、放大和执行元件。第6章控制用电机其任务是转换和传递控制信号。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系本章将介绍几种常用的控制电机：第一节伺服电动机第二节测速发电机第三节自整角机船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系伺服电动机是一种把输入的电信号转换为转轴上的角位移或角速度来执行控制任务的电动机。第一节伺服电动机又称执行电动机船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系按电流种类分：交流伺服电动机直流伺服电动机船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组—励磁绕组和控制绕组，在空间相隔90。1.交流伺服电动机励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转磁场。励磁绕组的接线UCU1I1U放大器控制绕组的接线检测元件控制信号2U2IU船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系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90，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系1UCU1I1U例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。励磁绕组的接线UCU1I1U船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系放大器控制绕组的接线检测元件控制信号2U2IU控制电压与电源电压两者频率相同，相位相同或反相。2UU船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系工作时两个绕组中产生的电流和的相位差近90°，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。1I2I船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系（1）U2=0时，转子停止。虽然U2=0V，U1仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。交流伺服电动机的特点：若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系原因：交流伺服电机R2设计得较大。所以在U2=0时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下图：s'T210sTT'T021反转正转s'T210sTT'T021反转正转船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T的合成转矩T与单相异步机不同。s'T210sTT'T021反转正转船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时，能立即停止。s'T210sTT'T021反转正转体现了控制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系（2）交流伺服电机R2设计得较大，使Sm1，Tst大，启动迅速，稳定运行范围大。202/XRsm2021max21XKUT船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系（3）控制电压U2大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压U2成正比。U2的极性改变时，转子的转向改变。交流伺服电动机的机械特性曲线(U1=const)nTTn船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。应用船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系结构：工作原理：2.直流伺服电动机与直流电动机基本相同,为减小转动惯量做得细长一些。与直流电动机相同。MU1IfIaU2放大器UU1为励磁电压U2为电枢电压船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系供电方式：他励励磁绕组和电枢由两个独立电源供电MU1IfIaU2放大器UU1为励磁电压U2为电枢电压船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样TKKRKUnTEaE22MU1IfIaU2放大器UU1为励磁电压U2为电枢电压船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系机械特性曲线nT船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系由机械特性可知：U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。U2=0时，电机立即停转。机械特性曲线nT船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系反转：电枢电压的极性改变，电机反转。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。应用：船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系测速发电机有交流和直流两种测速发电机是一种把机械上的旋转角速度转变成电信号的发电机第二节测速发电机船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系它的定子上有两个绕组一个作励磁用，称为励磁绕组1；另一个输出电压，称为输出绕组2，两个绕组的轴线互相垂直。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系励磁绕组通入正弦电流时，在绕组的轴线方向上产生了一个随时间按正弦规律变化的脉动磁通Φ1。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系Φ1在转子中感应出电流产生，并由此产生转子磁通Φ2。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系测速发电机静止时Φ2也沿励磁绕组的轴线方向，忽略励磁绕组的电阻和漏抗，合成磁通Φ在励磁绕组中产生的感应电动势E1与励磁电压U1的关系为U1≈E1≈4.44f1N1Φm船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系可见，当U1和f1不变时，合成磁通Φ的大小基本保持不变，仍为原来的磁通Φ1。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系由于Φ1的方向与输出绕组的轴线垂直，在输出绕组中不产生感应电动势，因此，当测速发电机静止不动时，输出电压为零。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系测速发电机旋转时转子导体因切割磁通Φ1而产生电动势和电流。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系E2和I2与磁通Φ1及转子转速n成正比，转子电流I2产生磁通Φ2，两者也成正比，磁通Φ2的方向与输出绕组的轴线方向一致。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系因而在输出绕组中产生与励磁电压频率相同的感应电动势，输出绕组两端得到频率相同的输出电压。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系其大小与磁通Φ2成正比，输出电压U2与励磁电压U1及转子转速成正比。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系空心杯转子测速发电机与直流测速发电机相比，具有结构简单、工作可靠等优点，是目前较为理想的测速元件。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系磁通与输出绕组的轴线一致，因而在其中感应出电动势，两端就有一个输出电压即22UnUnEU11222船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系从结构上讲，自整角机有两种形式。第三节自整角机一种形式是：定子是三相的，转子是单相的；另一种形式是：定子是单相的，转子是三相的。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系在应用中，自整角机总是成对使用，一个作为发送，一个作为接收。由于使用上的不同，有控制式和力矩式两种。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系1控制式自整角机控制式自整角机又称为变压器式自整角机。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系发送机的转子绕组作为励磁绕组接在固定交流电源上。接收机的转子绕组则作为输出绕组，其输出电压的大小和相位与失调角δ=θ–θ′有关。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系由于发送机励磁绕组的脉动磁通在定子三相绕组中感应有电动势，而接收机定子三相绕组中却没有感应电动势，所以在定子三相回路中总是有电流通过。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系这三个电流I1，I2和I3流经接收机的定子绕组，便在接收机的转子绕组中感应出电压。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系理论上可以证明，假若事先将两个转子的相对轴位置置成900，那么，接收机转子单相绕组的输出电压U2的大小和相位与失调角δ=θ–θ′有关。UUm2sinUm为输出电压最大值船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系可以证明，只要失调角δ不等于零，自整角变压器的单相绕组便有电压输出。δ=0，U2=0。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系通常自整角变压器的输出电压经电子放大器放大后接到交流伺服电动机的控制绕组上，伺服电动机带动负载作同步转动。同时伺服电动机经齿轮减速器与接收机转轴相连，当接收机的转轴被带动与发送机转过同一角度时，接收机输出电压为零，伺服电动机也停止工作。船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系其功能是同步传递角度2力矩式自整角机发送机接受机在发送机中，这三个电动势分别为，和。在接收机中，分别为，和。Es1'Es3'Es2Es2Es3'1sE船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系,11ssEE,22ssEE33ssEE'当两转子具有相同位置时因而不产生电流，也没有电磁转矩，两电机静止不动。发送机接受机船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系两电机绕组中的各相电动势不再平衡，因而产生电流，在磁场的将产生转矩。总是力图使两转子的位置趋向一致。'当发送机的转子转动一个角度后发送机接受机船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系实现了转角随动的作用'接收机的转子在转矩的作用下产生了随动动作，直至发送机接受机船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系应用实例舵角指示器示意图自整角机传令钟船舶电气设备及系统课件2020/4/26轮机工程学院船电系作业6-1，6-2，6-3船舶电气设备及系统教材