船舶电气设备与系统ppt课件.ppt

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1、第六章控制电机本章概述控制电机是自动控制系统中应用范围非常广泛的旋转电器。在船舶控制系统中也得到了广泛应用。例如船舶雷达的自动定位、方向舵的自动操纵与监测、传令用电车钟，调速装置等都要使用控制电机。控制电机种类很多，根据它们在自动控制系统中的作用，可分为执行元件和测量元件两大类。执行元件主要包括交、直流伺服电动机、步进电动机等，它的任务是将输入的电信号转换成轴上的角位移或角速度的变化；测量元件主要包括交、直流测速发电机、自整角机等，它可以用来测量机械转角、转角差和转速等。本章介绍几种船舶常用的控制电机的基本结构、工作原理、特性和用途。第6章控制电机本章主要内容第一节伺服电动机第二节测

2、速发电机第三节自整角机第一节伺服电动机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，它的转矩和转速受信号电压的控制。特点：当有电信号（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。伺服电动机分为交流和直流两种类型。返回一、交流伺服电动机1.结构特点交流伺服电动机实际上是两相异步电动机。其基本结构和一般异步电动机相似。定子铁心上装有空间相隔90°的两个绕组：一个是励磁绕组，另一个是控制绕组。定子的铁心分隐极式和凸极式，图6-1为凸极形定子铁心。隐极形式的定子铁心形状与三相异步电动机相同，但绕组是由两个空间

3、相差90°的绕组制成。伺服电动机的转子有鼠笼式转子和杯形转子两种。杯形转子伺服电动机的结构如图6-1所示。图6-1杯形转子伺服电动机的结构图返回2.工作原理（1）控制绕组加控制电压图6-2为交流伺服电动机的接线图。图6-3为向量图。图6-4为不同控制电压下的机械特性曲线。图6-2交流伺服电动机的接线图图6-3电压与电流相量图图6-4不同控制电压下的机械特性曲线（2）控制电压控制电压的运行状态可分两种情况讨论：第一种情况：伺服电动机在运行中控制电压消失而变为零，电动机会立即停转。此时电动机励磁绕组产生脉动磁场，由于伺服电动机的转子电阻足够大，其转矩特性右图所示。在伺服电动机正（或反转）

4、转时，电磁转矩与转动方向相反，即产生制动电磁转矩，在此转矩的作用下电机立即停转。图6-5交流伺服电动机单相运行特性T=f(s)第二种情况：未加控制电压（励磁绕组始终接在交流电源上），脉动磁场作用于电动机起动转矩为零，所以转子保持静止不动。二、直流伺服电动机1.结构特点2.控制方法与性能3.控制特性1.结构特点直流伺服电动机的结构与直流电机相同。根据获得磁极磁场型式的不同，常用的直流伺服电动机的结构型式有直流永磁式和电磁式两种。永磁式的磁极为永久磁铁，采用具有矫顽磁力和剩磁感应强度值很高的稀土永磁材料组成。电磁式伺服电动机如同他励直流电动机，它的励磁绕组和电枢分别有两个独立电源供电。为

5、了减小转动惯量，使其响应迅速，直流伺服电动机的电枢都做成细长形。2.控制方法与性能直流伺服电动机的工作原理与一般的直流电动机相同，电枢电流和磁极磁场作用产生电磁转矩，使转子转动。根据直流电动机转速公式直流伺服电动机的控制方式有两种，电枢控制与磁场控制，即改变电枢电压的大小和极性（电枢控制）或采取改变磁极磁通Φ的大小和方向（磁场控制）来改变转子的转速或转向。后者控制特性的线性程度较差，很少采用。图6-6为电磁式电枢控制接线图如所示。图6-7为直流伺服电动机在不同控制电压下的机械特性曲线n＝f（T）。图6-6直流伺服电动机的接线图返回图6-7直流伺服电动机的机械特性3.控制特性伺服电动机

6、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为控制特性。图6-8控制特性（T3>T2>T1）返回第二节测速发电机测速发电机的功能是将机械转速信号转换为电压信号输出。它在自动控制系统中用来测量和调节转速，在反馈系统中常用来稳定转速。测速发电机有直流测速发电机和交流测速发电机两种类型。结构特点与运行原理。返回1.结构特点交流测速发电机的结构和交流伺服电动机相同，其转子有鼠笼式和空心杯转子两种类型，但鼠笼转子特性差，目前大多数采用空心杯形转子。定子上放置两套空间相差90°的绕组，一个是

7、励磁绕组，另一个是输出绕组，工作时，励磁绕组接在恒定的交流电源上（勿需串联电容），产生脉动磁场。当转子由某种设备拖动旋转时，输出绕组将有感应电压输出，感应电压与转子转速成线性正比例关系。2.工作原理交流测速发电机的原理示意图如图6-9示。图6-10为交流测速发电机的原理。图6-9交流测速发电机的原理图图6-10交流测速发电机的原理图返回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