船舶电机与电力拖动系统.ppt

第二章 船舶电机与电力拖动系统,1.1 直流电机的结构、励磁方式与运行特性,1.2 变压器,1.3 交流异步电动机,1.4 控制电机及其在船舶上的应用,1.5 船舶常用控制电器,1.6 异步电动机常用控制电路,1.7 锚机、绞缆机电力拖动控制系统,1.8 起货机电力拖动控制系统,1.9 船舶舵机控制系统,前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量的转换各种控制电机有各自的控制任务：,如:伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱,动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传,递到 输入端作为反馈信号本节介绍的各种,控制电机的主要任务是转换和,传递控制信号，,能量的转换是次要的控制电机的种类很多，本节只讨论常用的几种:,伺服电机、测速电机、自整角机对控制电机的主要要求：,动作灵敏、准确、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等伺服电动机可分为两类：,伺服电动机又称执行电动机其,功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象交流伺服电动机,直流伺服电动机,4.1,伺服电动机,伺服电动机可控性好，反应迅速是自动控,制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。

交流伺服电动机,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,两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示励磁绕组,控制绕组,杯形转子,内定子,交流伺服电动机结构图,放,大,器,检,测,元,件,控制信号,+,+,控制绕组,励磁绕组,+,+,+,1,励磁绕组串联电容,C,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近90,从而产生所需的旋转磁场交流伺服电动机的接线图和相量图,(a）接线图,1,(b)相量图,控制电压 与电源电压 频率相同，相位相同或反相放,大,器,检,测,元,件,控制信号,+,+,控制绕组,交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时，电机无起动转矩，转子不转若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流,和控制绕组电流 不同相时，,因此便产生两相旋转磁场在旋转磁场的作用下，转子便转动起来交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求,在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现象称为“自转”。

如何克服“自转”现象呢？,正反向旋转磁场的合成转矩特性,(正向),(反向),正,转,转,反,当单相励磁时，在电动机运行范围0S,1,1,当单相励磁时，在电动机运行范围0S,1,1时，转矩为负值，产生制动转矩，使转子停转反转时也同样为制动转矩加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励,磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变,化，使电动机转子反转加在控制绕组上的控制电压大小变化时，其产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁转矩也不同，从而改变电动机的转速不同控制电压下的机械特性曲线,n,=,f,(,T,),U,1,=常数,T,U,2,0.8,U,2,0.6,U,2,0.4,U,2,o,n,交流伺服电动机的机械特性如图所示在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的,下降，特性曲线下移在同一负载转矩作用时，,电动机转速随控制电压的下降而均匀减小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,在各种自动控制、自动记录等系统中应用:,直流伺服电动机,直流伺服电动机的结构与,直流电动机基本相,同只是为减小转动惯量，电机做得细长一些直流伺服电动机的,工作原理也与直流电动机,相同。

供电方式：,他励供电励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电U,1,为励磁电压，,U,2,为电枢电压,M,U,1,I,1,I,2,U,2,放,大,器,U,+,+,直流伺服电动机的接线图,由机械特性可知：,(1),一定负载转矩下，当磁通,不变时，,U,2,n,2),U,2,=0,时，电机立即停转电动机反转：,改变电枢电压的极性，电动机反转直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同一样，也可用下式表示,机械特性曲线如图所示直流伺服电动机的,n=f,(,T,)曲线(,U,1,=常数),U,2,0.8U,2,0.6U,2,0.4U,2,n,T,O,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中，如随动系统中的位置控制等直流伺服电机输出功率一般为,1-600W,应用：,4.2,测速发电机,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,转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信,号电压测速发电机分为交流和直流两种类型交流测速发电机,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1,转子,定子,励磁绕组,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，,一个是励磁绕组，一个是输出绕组。

输出,绕组,+,励磁,绕组,+,工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电,源,U,1,，由,U,1,4.44,f,1,N,1,1,可知：,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,E,r,和转子电流,I,r,，,它们的大小与,1,和转子转速,n,成正比：,转子电流,I,r,也产生磁通,r,，,r,在输出绕组中感应出电压,U,2 ，,U,2,的大小与,r,成正比：,综合上述分析可知：,当,U,1,恒定不变时，,U,2,与,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,电压,U,2,与,n,间存在着一定的非,线性误差，使用时要注意加以修正直流测速发电机,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，工作时电枢接负载电阻,R,L,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，工作时励磁绕组加直流电压,U,1,励磁他,励式直流测速发电机接线图,TG,R,L,I,2,U,2,+,R,a,+,E,I,1,U,1,+,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,E,，其大小为：,发电机的,输出电压为：,上式中代入：,于是,可见，当励磁电压,U,1,保持恒定时（,亦,恒,定,）,，若,R,a,、,R,L,不变，则输出电压,U,2,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,系统0,n,U,2,R,L2,R,L1,R,L,=,R,L2,R,L1,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,U,2,与转速,n,有一定,的线性误差R,L,越小、,n,越大，误差越大因,此，在使用中应使,R,L,和,n,的大小符合,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、校正元件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4.3,自整角机,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,A,1,X,1,，B,1,Y,1,，C,1,Z,1,分别是发送机的定子三相整步绕组I,1,II,1,是发送机的转子励磁绕组A,2,X,2,，B,2,Y,2,，C,2,Z,2,分别是接收机的定子三相整步绕组I,2,II,2,是接收机的转子励磁绕组4.3.1 力矩式自整角机,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。

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,4.3.2 控制式自整角机,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,。