船舶電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1船舶電機(jī)船舶電機(jī)(dinj)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)第一頁(yè)，共28頁(yè)。 伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將輸入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出(shch)的角位移和角速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。 伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備(wi wi sh bi)中常用的執(zhí)行元件。第1頁(yè)/共28頁(yè)第二頁(yè)，共28頁(yè)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)就是(jish)一臺(tái)兩相交流異步電機(jī)。它的定子上裝有空間互差90的兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。勵(lì)磁(l c)繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子第2頁(yè)/共28頁(yè)第三頁(yè)，共28頁(yè)。放大器檢測(cè)元件2U2I+U+控制繞組勵(lì)磁繞組UCU1I1U+

2、勵(lì)磁(l c)繞組串聯(lián)電容C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 適當(dāng)選擇電容(dinrng)的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近90,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。1UCU1I1U第3頁(yè)/共28頁(yè)第四頁(yè)，共28頁(yè)。2UU放大器檢測(cè)元件2U2I+U+控制繞組1I2I第4頁(yè)/共28頁(yè)第五頁(yè)，共28頁(yè)。第5頁(yè)/共28頁(yè)第六頁(yè)，共28頁(yè)。02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反第6頁(yè)/共28頁(yè)第七頁(yè)，共28頁(yè)。02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T第7頁(yè)/共28頁(yè)第八頁(yè)，共28頁(yè)。0.8 U20.6 U2on第8頁(yè)/共28頁(yè)第九頁(yè)，共28頁(yè)。 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般

3、為0.1-100 W，電源頻率(pnl)分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在各種自動(dòng)控制、自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。第9頁(yè)/共28頁(yè)第十頁(yè)，共28頁(yè)。供電方式：他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞(din sh)分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。U1為勵(lì)磁電壓，U2為電樞電壓MU1I1I2U2U+直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖第10頁(yè)/共28頁(yè)第十一頁(yè)，共28頁(yè)。 直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性與他勵(lì)直流電機(jī)相同一樣(yyng)，也可用下式表示TKKRKUnTEE2a2 機(jī)械特性曲線如圖所示。直流伺服電動(dòng)機(jī)的n=f(T)曲線(U1=常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO第11頁(yè)/共28頁(yè)第十二頁(yè)，共28頁(yè)。 直流

4、伺服電機(jī)的特性較交流(jioli)伺服電機(jī)硬。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。 直流伺服電機(jī)輸出功率一般為1-600W。第12頁(yè)/共28頁(yè)第十三頁(yè)，共28頁(yè)。 測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器。在許多自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它被用來(lái)(yn li)測(cè)量旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)速，向控制電路提供與轉(zhuǎn)速大小成正比的信號(hào)電壓。測(cè)速發(fā)電機(jī)分為(fn wi)交流和直流兩種類(lèi)型。 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩種，這里只分析異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理。第13頁(yè)/共28頁(yè)第十四頁(yè)，共28頁(yè)。1轉(zhuǎn)子(zhun z)定子(dngz)勵(lì)磁(l c)繞組輸出繞組 異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子交流伺服

5、電機(jī)相似，它的定子上有兩個(gè)繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組，一個(gè)是輸出繞組。輸出繞組2U+勵(lì)磁繞組1U1I1+第14頁(yè)/共28頁(yè)第十五頁(yè)，共28頁(yè)。 工作時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁(l c)繞組接交流電源U1，由 U1 4.44 f1N11 可知：11U 當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割1產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)Er和轉(zhuǎn)子電流Ir，它們(t men)的大小與1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 成正比：nEI1rr 轉(zhuǎn)子電流 Ir也產(chǎn)生磁通r ，r 在輸出繞組中感應(yīng)(gnyng)出電壓U2 ， U2的大小與r成正比：第15頁(yè)/共28頁(yè)第十六頁(yè)，共28頁(yè)。r2U 綜合(zngh)上述分析可知：nUnU112 當(dāng) U1恒定不變時(shí)，

6、U2與n 成正比，這樣，發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)(xnho)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)(xnho)，輸出給控制系統(tǒng)。 由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓 U2與n 間存在著一定的非線性誤差(wch)，使用時(shí)要注意加以修正。第16頁(yè)/共28頁(yè)第十七頁(yè)，共28頁(yè)。 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)分永磁式和他勵(lì)式兩種。兩種電機(jī)的電樞相同，工作時(shí)電樞接負(fù)載電阻RL。但永磁式的定子使用永久磁鐵產(chǎn)生(chnshng)磁場(chǎng)，因而沒(méi)有勵(lì)磁線圈；他勵(lì)式的結(jié)構(gòu)與直流伺服電機(jī)相同，工作時(shí)勵(lì)磁繞組加直流電壓U1勵(lì)磁。他勵(lì)式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)接線圖TGRLI2U2+Ra+EI1U1+第17頁(yè)/共28頁(yè)第十八頁(yè)，共28頁(yè)。 當(dāng)

7、被測(cè)裝置(zhungzh)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E，其大小為：nKE E 發(fā)電機(jī)的輸出(shch)電壓為：2a2a2 IRnKIREUE 上式中代入：L22RUI 于是(ysh)nRRKUEL2a1 第18頁(yè)/共28頁(yè)第十九頁(yè)，共28頁(yè)。 可見(jiàn)，當(dāng)勵(lì)磁電壓U1保持恒定(hngdng)時(shí)（ 亦恒定），若Ra、RL不變，則輸出電壓U2的大小與電樞轉(zhuǎn)速 n 成正比。這樣，發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1第19頁(yè)/共28頁(yè)第二十頁(yè)，共28頁(yè)。 值得注意的是，由于直流電機(jī)中存在著電樞反應(yīng)現(xiàn)象，使得輸出電壓U2與轉(zhuǎn)速n

8、 有一定的線性誤差。 RL越小、n 越大，誤差越大。因此，在使用中應(yīng)使RL和 n的大小符合直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的技術(shù)(jsh)要求。 測(cè)速發(fā)電機(jī)的作用是將機(jī)械速度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中作為(zuwi)檢測(cè)元件、校正元件等。如在恒速控制系統(tǒng)中，測(cè)速發(fā)電機(jī)將速度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)作為(zuwi)反饋信號(hào)，達(dá)到調(diào)節(jié)速度的作用。第20頁(yè)/共28頁(yè)第二十一頁(yè)，共28頁(yè)。主要內(nèi)容有兩大部分： 力矩式自整角機(jī)： 主要點(diǎn)：工作原理（如何跟隨），結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。 控制式自整角機(jī)： 主要點(diǎn)：工作原理（輸出(shch)什么） ，結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。自整角機(jī)在船上主要(zhyo)用作舵角指示器、車(chē)鐘等。第21頁(yè)/共28

9、頁(yè)第二十二頁(yè)，共28頁(yè)。 自整角機(jī)又稱(chēng)為“軟軸”或 “電軸”，接收機(jī)跟隨發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。主要有力矩式和控制式兩種（此外還有差動(dòng)式）。自整角機(jī)都是成對(duì)配合使用的。結(jié)構(gòu)：定子三相(整步)繞組，轉(zhuǎn)子單相(勵(lì)磁)繞組。 協(xié)調(diào)位置：工作時(shí)兩個(gè)轉(zhuǎn)子都不受力（或無(wú)輸出）所處(su ch)的位置。 失調(diào)角：兩個(gè)轉(zhuǎn)子與協(xié)調(diào)位置相差的電角度。注意 ：力矩式輸出力矩；控制式輸出包含相位的電壓信號(hào)。 需要(xyo)大轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)應(yīng)選用控制式自整角機(jī)。第22頁(yè)/共28頁(yè)第二十三頁(yè)，共28頁(yè)。 接線(ji xin)：將兩機(jī)的三相整步繞組對(duì)應(yīng)相互連接，兩機(jī)的勵(lì)磁繞組與同一個(gè)單相電源連接。接交流電源三相整步繞組(roz)對(duì)應(yīng)相連發(fā)

10、送機(jī)接收機(jī) A1X1，B1Y1，C1Z1分別是發(fā)送機(jī)的定子三相整步繞組(roz)。 I1II1是發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組(roz)。 A2X2，B2Y2，C2Z2分別是接收機(jī)的定子三相整步繞組。 I2II2是接收機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。第23頁(yè)/共28頁(yè)第二十四頁(yè)，共28頁(yè)。 協(xié)調(diào)位置：兩機(jī)的三相整步繞組感應(yīng)電勢(shì)大小相等、方向相反，整步繞組沒(méi)有電流流過(guò)，整步繞組不產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組不受力。 失調(diào)時(shí)：兩機(jī)的三相整步繞組感應(yīng)電勢(shì)不相等，整步繞組流過(guò)電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與勵(lì)磁磁場(chǎng)相互作用（合成磁場(chǎng)），使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組受力。發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子由操作設(shè)備控制(kngzh)，其轉(zhuǎn)子不動(dòng)，只有接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)闇p小失

11、調(diào)角的方向。注意 ：三相整步繞組中的電流(dinli)是單相電流(dinli)。第24頁(yè)/共28頁(yè)第二十五頁(yè)，共28頁(yè)。兩機(jī)處于協(xié)調(diào)(xitio)位置發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)(pinzhun)造成失調(diào)失調(diào)(shtio)時(shí)兩機(jī)的受力情況 處于協(xié)調(diào)位置時(shí)，兩機(jī)的三相整步繞組感應(yīng)電勢(shì)對(duì)應(yīng)相等，整步繞組中沒(méi)有電流流過(guò)，氣隙只有勵(lì)磁磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子都不受力。 失調(diào)后整步繞組有電流，磁場(chǎng)變化，轉(zhuǎn)子受力。第25頁(yè)/共28頁(yè)第二十六頁(yè)，共28頁(yè)。 接線：兩機(jī)三相整步繞組(roz)對(duì)應(yīng)相連，發(fā)送機(jī)勵(lì)磁繞組(roz)連接單相電源，接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(roz)為輸出繞組(roz)。接交流電源三相(sn xin)整步繞組對(duì)應(yīng)相連發(fā)送機(jī)接收機(jī)作為輸出(shch)繞組第26頁(yè)/共28頁(yè)第二十七頁(yè)，共28頁(yè)。 協(xié)調(diào)位置：接收機(jī)的輸出繞組與整