第六章 控制电机

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1、DD http:/ 涡轮增压器船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第六章第六章 控制电机控制电机 本章概述本章概述o 控制电机是自动控制系统中应用范围非常广泛的旋转电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。钟，调速装置等都要使用控制电机。o 控制电机种类很多，根据它们在自动控制系统中的作用，控制电机种类很多，根据它们在自动

2、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。以用来测量机械转角、转角差和转速等。o 本章介绍几种船舶常用的控制电机的基本结构、工作原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。理、特性和

3、用途。 船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第第6章章 控制电机控制电机本章主要内容本章主要内容 第一节第一节 伺服电动机伺服电动机 第二节第二节 测速发电机测速发电机 第三节第三节 自整角机自整角机 船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第一节第一节 伺服电动机伺服电动机 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。件，它的转矩和转速受信号电压的控制。特点：特点： 当有电信号（交流控制电压或直流控制电压）输入到当有电信号

4、（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。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。伺服电动机分为交流和直流两种类型。返回船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系一、交流伺服电动机一、交流伺服电动机 1. 结构特点结构特点 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和一般异步电动机相似。定子铁

5、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。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，定子的铁心分隐极式和凸极式，图图6-16-1为凸极形定子铁为凸极形定子铁心。隐极形式的定子铁心形状与三相异步电动机相同，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相差但绕组是由两个空间相差9090的绕组制成。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。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杯形转子伺服电动机的结构如图图6-1所示。所示。船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮

6、机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图6- -1 杯形转子伺服电动机的结杯形转子伺服电动机的结构构图图返回船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2. 工作原理工作原理 （1）控制绕组加控制电压）控制绕组加控制电压o 图图6-2为交流伺服电动机的接线图。为交流伺服电动机的接线图。o 图图6-3为向量图。为向量图。o 图图6-4为不同控制电压下的机械特性曲线。为不同控制电压下的机械特性曲线。船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图6-2 交流伺服电动机的接交流伺服电动机的接线图线图图图6-3 电压与电流相量电压与

7、电流相量 图图图图6-4 不同控制电压下不同控制电压下 的机械特性曲线的机械特性曲线船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（2）控制电压）控制电压 控制电压控制电压 的运行状态可分的运行状态可分 两种情况讨论：两种情况讨论：o 第一种情况：伺服电动机在运行第一种情况：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。在伺服电动机正特性右图所示。在伺服电

8、动机正（或反转）转时，电磁转矩与转（或反转）转时，电磁转矩与转动方向相反，即产生制动电磁转动方向相反，即产生制动电磁转矩，在此转矩的作用下电机立即矩，在此转矩的作用下电机立即停转。停转。图6-5交流伺服电动机单相运行特性T = f (s )02TT1120TTss02U船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系o 第二种情况：未加控制电压（励磁绕组始终接在第二种情况：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。为零，所以转子保持静止不动。船舶电气设备与系统

9、 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、直流伺服电动机二、直流伺服电动机 1.结构特点结构特点 2.控制方法与性能控制方法与性能 3.控制特性控制特性 船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1. 结构特点结构特点 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。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永磁式的磁极为永久磁铁，

10、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。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。为了减小转动惯量，和电枢分别有两个独立电源供电。为了减小转动惯量， 使其响应迅速，直流伺服电动机的电枢都做成细长形。使其响应迅速，直流伺服电动机的电枢都做成细长形。船舶电气设备与系统 课 件2022-5-30轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2. 控制方法与性能控制方法与性能 直流伺服电动机的工作原理与一般的直流电动机相同，直流伺服电动机的工作原理与一般的直流电动机相同， 电

11、枢电流和磁极磁场作用产生电磁转矩，使转子转动。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，即改变电枢电压制，即改变电枢电压 的大小和极性（电枢控制）或采的大小和极性（电枢控制）或采 取改变磁极磁通取改变磁极磁通的大小和方向（磁场控制）来改变的大小和方向（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。少采用。aUeaa2CRIUn船舶电气设备与系统 课 件2022-5