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1、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
2、: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。,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,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
3、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。,控制电压 与电源电压 频率相同，相位相同或反相。,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。,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,当单相励磁时，在电动机运行范围0
4、S11时，转矩为正值，产生电动转矩，使转子继续转动。反转时也同样为电动转矩。,现增大转子电阻，使Sm1,当单相励磁时，在电动机运行范围0S11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),U1=常数,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，
5、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。,U1为励磁电压，U2为电枢电压,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，U2 n。(2)U2=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
6、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(U1=常数),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。,转子,定子,励磁绕组,输出绕组,异步式交流测速发电
7、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。,工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电源U1，由 U1 4.44 f1N11 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Er和转子电流Ir，它们的大小与1和转子转速 n 成正比：,转子电流 Ir也产生磁通r，r 在输出绕组中感应出电压U2，U2的大小与r成正比：,综合上述分析可知：,当 U1恒定不变时，U2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 U2与n 间存在着一定的非线性误差，
8、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RL。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U1励磁。,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U1保持恒定时（亦恒定），若Ra、RL不变，则输出电压U2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。,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U2与转速n
9、 有一定的线性误差。RL越小、n 越大，误差越大。因此，在使用中应使RL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
10、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,A1X1，B1Y1，C1Z1分别是发送机的定子三相整步绕组。I1II1是发送机的转子励磁绕组。,A2X2，B2Y2，C2Z2分别是接收机的定子三相整步绕组。I2II2是接收机的转子励磁绕组。,4.3.1 力
11、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,
