船舶电机与电力拖动系统实用教案

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1、 伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压(diny)控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。 伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动(zdng)控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。第1页/共28页第一页，共29页。 交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90的两个(lin )绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。励磁(l c)绕组控制绕组杯形转子内定子第2页/共28页第二页，共29页。放大器检测元件2U2I+U+控制绕组励磁绕组UCU1I1U+ 励磁绕组串联电容C , 是为了产生(chnshng)两相旋转磁场。 适当选择电容的大小，可使通入

2、两个绕组的电流相位差接近(jijn)90,从而产生所需的旋转磁场。1UCU1I1U第3页/共28页第三页，共29页。2UU放大器检测元件2U2I+U+控制绕组1I2I第4页/共28页第四页，共29页。第5页/共28页第五页，共29页。02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T正转转反第6页/共28页第六页，共29页。02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T第7页/共28页第七页，共29页。0.8 U20.6 U2on第8页/共28页第八页，共29页。 交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控

3、制(z dn kn zh)、自动记录等系统中。第9页/共28页第九页，共29页。供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别(fnbi)由两个独立的电源供电。U1为励磁电压，U2为电枢电压MU1I1I2U2U+直流伺服电动机的接线图第10页/共28页第十页，共29页。 直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同(xin tn)一样，也可用下式表示TKKRKUnTEE2a2 机械特性曲线如图所示。直流伺服电动机的n=f(T)曲线(U1=常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO第11页/共28页第十一页，共29页。 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统(xtng)中，如随动系

4、统(xtng)中的位置控制等。 直流伺服电机输出功率一般为1-600W。第12页/共28页第十二页，共29页。 测速发电机是一种转速(zhun s)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(zhun s)，向控制电路提供与转速(zhun s)大小成正比的信号电压。测速发电机分为交流(jioli)和直流两种类型。 交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。第13页/共28页第十三页，共29页。1转子(zhun z)定子(dngz)励磁(l c)绕组输出绕组 异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，一个

5、是励磁绕组，一个是输出绕组。输出绕组2U+励磁绕组1U1I1+第14页/共28页第十四页，共29页。 工作时，测速发电机的励磁绕组(roz)接交流电源U1，由 U1 4.44 f1N11 可知：11U 当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割1产生转子感应电势(dinsh)Er和转子电流Ir，它们的大小与1和转子转速 n 成正比：nEI1rr 转子(zhun z)电流 Ir也产生磁通r ，r 在输出绕组中感应出电压U2 ， U2的大小与r成正比：第15页/共28页第十五页，共29页。r2U 综合上述分析(fnx)可知：nUnU112 当 U1恒定不变时， U2与n 成正比，这样，发电机就把被

6、测装置的转速信号转变成了电压信号，输出(shch)给控制系统。 由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测速发电机的输出(shch)电压 U2与n 间存在着一定的非线性误差，使用时要注意加以修正。第16页/共28页第十六页，共29页。 直流测速发电机分永磁式和他励式两种。两种电机的电枢相同，工作(gngzu)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，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(gngzu)时励磁绕组加直流电压U1励磁。他励式直流测速发电机接线图TGRLI2U2+Ra+EI1U1+第17页/共28页第十七页，共29页。 当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，

7、电枢产生(chnshng)电动势E，其大小为：nKE E 发电机的输出(shch)电压为：2a2a2 IRnKIREUE 上式中代入：L22RUI 于是(ysh)nRRKUEL2a1 第18页/共28页第十八页，共29页。 可见，当励磁电压U1保持恒定时（ 亦恒定），若Ra、RL不变，则输出电压U2的大小与电枢转速 n 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信号，输出给控制(kngzh)系统。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1第19页/共28页第十九页，共29页。 值得注意的是，由于直流电机中存在着电枢反应现象，使得输出电压U2与转速n 有一定的线性误差。 RL越小、n 越

8、大，误差越大。因此，在使用中应使RL和 n的大小符合(fh)直流测速发电机的技术要求。 测速发电机的作用是将机械速度转变为电压信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件(yunjin)、校正元件(yunjin)等。如在恒速控制系统中，测速发电机将速度转换为电压信号作为反馈信号，达到调节速度的作用。第20页/共28页第二十页，共29页。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(shch)什么） ，结构、特点。自整角机在船上主要(zhyo)用作舵角指示器、车钟等。第21页/共28页第二十一页，共29页。 自整角机

9、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(dn xin)(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(xnho)。 需要大转矩的系统应选用控制式自整角机。第22页/共28页第二十二页，共29页。 接线：将两机的三相整步绕组对应(duyng)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(roz)对应相连发送机接收机 A1X1，B1Y1，

10、C1Z1分别是发送机的定子(dngz)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。第23页/共28页第二十三页，共29页。 协调位置：两机的三相整步绕组感应(gnyng)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(gnyng)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。注意 ：三相(

11、sn xin)整步绕组中的电流是单相电流。第24页/共28页第二十四页，共29页。两机处于协调(xitio)位置发送机偏转造成(zo chn)失调失调(shtio)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。第25页/共28页第二十五页，共29页。 接线(ji xin)：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(sn xin)整步绕组对应相连发送机接收机作为输出(shch)绕组第26页/共28页第二十六页，共29页。

12、 协调位置：接收机的输出绕组与整步绕组产生的磁场(cchng)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(cchng)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(xitio)位置正、反向失调(shtio)位置第27页/共28页第二十七页，共29页。感谢您的观看(gunkn)！第28页/共28页第二十八页，共29页。NoImage内容(nirng)总结伺服电动机可分为两类：。n=f(T), U1=常数。供电方式：他励供电。直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信。两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻。置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制。测速发电机的作用是将机械速度转变为电压信号，在自动控制系统和计算装置(zhungzh)中作为检测元件、校正元件等。自整角机又称为“软轴”或 “电轴”，接收机跟随发送机转动。注意 ：力矩式输出力矩第二十九页，共29页。