船电设备——第六章控制电机.ppt

第六章 控 制 电 机,本章主要内容1）常用控制电机（伺服电动机、测速发电机和自整角机）的基本结构和原理2）控制电机在船舶中的应用控制电机的主要功能用以完成控制信号的传递和转换对控制电机的技术要求动作迅速灵敏、准确和可靠，体积小、重量轻等,1,6.1 伺服电动机,功能：将信号电压的大小和极性的变化灵敏、准确地转换成转矩、转速量用途：伺服电动机在控制系统中是用作驱动控制对象的执行元件特点：它的转矩和转速受信号电压的控制当有电信（交流控制电压或直流控制电压）输入到 伺服电动机的控制绕组时，它就马上拖动被控制的对象旋转；当电信号消失时，它就立即停止转动类别：伺服电动机分为交流和直流两种类型2,6.1.1 交流伺服电动机,接收交流电压信号,输出转矩、转速量 结构和工作原理与分相式异步电动机相似,杯形转子伺服电动机的结构图,3,定子：空间相隔90°的励磁绕组和控制绕组 转子：鼠笼转子和杯形转子两种转子,鼠笼转子： 同三相鼠笼式电机的转子构；杯形转子： 可视为由无数并联的导体条组 成，杯形转子内放置固定的内 铁心定子以减小磁阻两种转子都要求转动惯量小且 导体电阻大，有利于消除自转1 结构特点,4,,杯形转子示意图,5,,,,,,,高阻值转子机械特性,普通转子机械特性,6,励磁绕组与电容C串联后接到交 流电源上，其电压为U1； 控制绕组接控制电压U2。

U2和U1 频率相等，相位差接近 于90°因此，两个绕组中产 生的电流I1和I2的相位差也应近 似于90°这样，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2 交流伺服电动机工作原理,当 U1不变时，控制电压U2↑(↓)→n↑(↓)；改变U2的相位，可 实现电动机反转； 在运行中当U2变为零，电动机立即停转,7,,,,,,,U2,0.8U2,0.6U2,0.4U2,n,T,0,U2,0.8U2,0.6U2,0.4U2,n,T,0,交流伺服电动机机械特性,直流伺服电动机机械特性,8,6.1.2 直流伺服电动机（结构原理同普通直流电动机）,1 结构特点有电磁式和永磁式两种类型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2 控制方法 当 U1一定，即磁通不变时，U2↑(↓)→n↑(↓)；U2= 0 → n = 0； 改变电枢电压的极性可 实现电动机反转9,功能：是将机械转速信号 n 转换为电压信号 U 输出 ；用途：自动控制系统中用作测量和转速调节，在反馈系统中常用来稳定转速； 分类：直流测速发电机，交流测速发电机。

6.2 测速发电机,结构和原理与普通直流发电机相同，由于 磁通Φ恒定，因而 其电动势E（或电压U）与被测转速n 成正比，即E = KeΦn 即输出电压信号U∝n,直流测速发电机,10,1 结构特点 转子：杯形结构，同伺服电动机 定子：两套空间位置相隔90°的绕组，励磁绕组和输出绕组2 工作原理 励磁电压U1→ Φ 1（脉动磁场）→转子电流→转子磁场ΦT 当转子不动时： Φ T磁轴与输出绕组的轴线垂直，输出绕组中无感应电动势，输出电压为零 当转子转动时： Φ T磁轴与输出绕组的轴线重合，使得输出绕组中产生感应电动势，输出电压U2，其值与n成正比，当转动方向改变，U2的相位也改变180°输出U2的频率等于电源f1，与转速无关交流（异步）测速发电机,11,,,u1,i1,,Φ1,ΦT,u2=0,u1,i1,,Φ1,u2≠0,,ΦT,转子静止时,转子转动时,,交流测速发电机工作原理示意图,,12,功能和用途：通过电气的连接,使两个在机械上不相联接的转轴作同步偏转自整角机常成对或两个以上使用，一个作为发送机，其余作为接收机 分类：按其使用要求的不同可分为力矩式自整角机和控制式自整角机两大类 力矩式自整角机：一个是力矩式发送器，另一个则是力矩式接收机； 控制式自整角机：一个是控制式发送机，另一个则是控制式变压器结构：定子为星形联接的三相对称绕组D1D4、D2D5、D3D6；转子为磁极，通过单相励磁绕组Z1Z2产生磁场。

也可以相反，两者的原理相同6.2自整角机,13,基本功能：将发送机上转角转换为接收机上相应的电压信号,,,发送机 接收机,1 接线方式 发送机、接收机的三相绕组用三根导线对应地联接； 发送机的单相绕组作为励磁绕组，接在交流电源U1上；接收机的单相绕组作为输出绕组，其输出电压U2由定子磁通感应产生6.3.1控制式自整角机,14,2 工作原理及方式,发送机基准电气零位：转子励磁绕组轴线与定子D1相绕组轴线相重合，转子偏转角为θ 接收机基准电气零位：转子输出绕组轴线与定子D1相绕组轴线相垂直，转子偏转角为θ’ δ＝θ－θ' 称为失调角，接收机输出绕组上电压为U2=U2MAXsinδ 当发送机、接收机均处于基准位置（或偏转角相同）时，θ＝θ'，δ＝0，U2=0 当发送机转过θ角（或偏转角不同）时，两机间产生失调角，接收机输出绕组上就有电压输出15,基本功能：是运用电的方式 远距离同步传送机 械转角1 接线方式：发送机、接收机的 三相绕组用三根导线对 应地联接；发送机、接 收机的单相绕组均作为 励磁绕组，接在交流电 源U1上6.3.2力矩式自整角机,16,2 工作原理及方式,1）发送机、接收机转子对定子绕组的位置相同时为协调位置，δ＝θ－θ‘＝0，两机三相绕组在各自转子磁场作用下产生感应电动势 2）当δ＝θ－θ'＝0时，对应的每相绕组中产生同样的电动势，因此在两边的三相绕组中没有电流。

接收机转子上无电磁力矩作用 3）当发送机转子在外力作用下转动一个角度，则δ =θ － θ’ ≠ 0，于是发送机和接收机相应的每相定子绕组中的两个电动势就不能互相抵消，定子绕组中就有电流这个电流和接收机励磁磁通作用而产生转矩（称为整步转矩），而这转矩将使接收机的转子（带着负载）转动，使失调角减小，直到δ = 0 为止 4）同样，发送机的转子也受到转矩的作用，它力图使发送机转子回到原先的位置，但由于发送机转子与主令轴固定联接而不能随动17,3 应用实例,舵角指示器：发送机转子与转动的舵柱机械传动联接，以发送舵叶偏 转角度发送可以联结一个或多个分布于船舶各部位的接收 机，接收机转子则带动各舵角指示器的指针18,,,,,,,,,,,,,,,,,,,舵叶,发送机,接收机,舵角指示,驾驶台,机舱,舵机房,19,,,,自整角机传令钟系统,机舱,驾驶台,20,由发令和回令两套自整角机系统和声光铃路系统组成 发令系统的发送机在驾驶室，其转子的转向和转角大小代表主机的正倒车及车速命令，由发令车钟控制；接收机在机舱，接收机转子带动车令指针传送驾驶室车令 另一套是回令传送系统，回令发送机在机舱，其转子与回令手柄联结；接收机在驾驶室，其转子与回令指针联结。

当机舱按指示车令对主机车速执行操纵，将回令手柄扳到指示车令相同的位置，驾驶室接收机的回令指示同步转到发令手柄的位置，这表明机舱已经正确地执行了驾驶室的车速命令自整角机传令钟系统工作原理,21,。