船舶电气设备及系统-大连海事大学+第06章+控制用电机

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1、第6章控制用电机§6.1伺服电动机§6.2测速发电机§6.3自整角机§6.4步进电动机内容简介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。其任务是转换和传递控制信号。本章将介绍几种常用的控制电机：伺服电动机，测速发电机，自整角机和步进电动机。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。步进电动机将脉冲信号转换为角位移或线位移。本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和

2、传递控制信号，能量的转换是次要的。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，又称执行电动机。按电流种类分，伺服电动机分为交流和直流两种。§6.1伺服电动机1－转子，2－定子绕组，3－定子，4－内定子5－机壳，6－端盖。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。6.1.1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。励磁绕组的接线放大器

3、控制绕组的接线检测元件控制信号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。1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。放大器控制绕组的接线检测元件控制信号控制电压与电源电压两者频率相同，相位相同或反相。（1）U2=0时，转子停止。这时，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。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机

4、不同，单相电压时设备不能转。交流伺服电动机的特点：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)曲线如下页图：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。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，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。交流伺服电动机的T=f(s)曲线（U2=0时）s'T210s"T"T'T021反转正转单相电动机T=f(s)s'T210s"T"T'T021反转正转（3）控制电压U2大小变化时，转子转速相应

5、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。（2）交流伺服电机R2设计得较大，使Sm>1，Tst大，启动迅速，稳定运行范围大。交流伺服电动机的机械特性曲线(U1=const)nTU20.8U20.6U20.4U2Tn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。应用结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。工作原理：与直流电动机相同。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

6、电压。6.1.2直流伺服电动机直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样：由机械特性可知：(1)U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。(2)U2=0时，电机立即停转。反转：电枢电压的极性改变，电机反转。机械特性曲线U20.8U20.6U20.4U2nT3.控制特性伺服电动机在固定的负载下，控制信号电压U2的大小与转速n之间的关系称作控制特性，又称调节特性。在电动机稳定运行时，电磁转矩T=TL，机械特性的表达式为：图6-8控制特性（T3>T2>T1）不同负载下，控制电压U2与转速n的关系。带负载起动时，控制电压必须达到一定值后，转子才能转动，

7、对应电压值称为起动电压（Ust），0－Ust为失灵区或称死区。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：船舶上常用测速发电机（直流或交流）、转速指示仪和接线箱等组成远距离转速测量和监视系统。以船舶主机的转速测量为例，测速发电机的转子通过联轴器、齿轮或链轮链条与主机凸轮轴或尾轴连接。几个并联的转速指示表分别安装在机舱、集控室、驾驶室和轮机长室。转速表内设有调节电阻，以适配不同距离的应用场合之需。§6.2测速发电机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

8、发电机。6.2.1交流测速发电机异步式交流测速发电机的结构与杯形转