第九章特種電機(jī)

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁在控制系統(tǒng)中，在控制系統(tǒng)中，跳轉(zhuǎn)到第一頁 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)又稱又稱執(zhí)行電動機(jī)執(zhí)行電動機(jī)。其。其 伺服電動機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控伺服電動機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控制系統(tǒng)和計算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。制系統(tǒng)和計算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。跳轉(zhuǎn)到第一頁一、結(jié)構(gòu)：一、結(jié)構(gòu)：交流伺服電動機(jī)就是一臺交流伺服電動機(jī)就是一臺兩相交流異步兩相交流異步電機(jī)。它的定子與單相電容分相式異步電動機(jī)相似，電機(jī)。它的定子與單相電容分相式異步電動機(jī)相似，裝有空間互差裝有空間互差9090 的的兩個繞組：勵磁繞組和控制繞兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組，轉(zhuǎn)子采用鼠籠型或杯型轉(zhuǎn)子（杯型轉(zhuǎn)子為了減組，轉(zhuǎn)

2、子采用鼠籠型或杯型轉(zhuǎn)子（杯型轉(zhuǎn)子為了減少轉(zhuǎn)動慣量）。少轉(zhuǎn)動慣量）。勵磁繞組勵磁繞組控制繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子內(nèi)定子跳轉(zhuǎn)到第一頁放放大大器器檢檢測測元元件件2U2I+U+控制繞組控制繞組勵磁繞組勵磁繞組UCU1I1U+ 勵磁繞組串聯(lián)電容勵磁繞組串聯(lián)電容C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。 適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近相位差接近9090 , ,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。勵磁繞組和控制繞勵磁繞組和控制繞組，它們分別接入組，它們分別接入兩個不同的交流電兩個不同的交流電源（同頻率）源（

3、同頻率）二、工作原理二、工作原理跳轉(zhuǎn)到第一頁1I2I跳轉(zhuǎn)到第一頁02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反反跳轉(zhuǎn)到第一頁02 s121 sss01 s22 s21 s1T2T跳轉(zhuǎn)到第一頁0.8 U20.6 U2on跳轉(zhuǎn)到第一頁 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100W，電源頻率分電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用泛，如用在各種自動控制、自動記錄等系統(tǒng)中。在各種自動控制、自動記錄等系統(tǒng)中。跳轉(zhuǎn)到第一頁工作原理也與直流電動機(jī)相同。工作原理也與直流電動機(jī)相同。勵磁方式：勵磁方式：他勵。勵磁繞組和電樞

4、分別由兩個獨他勵。勵磁繞組和電樞分別由兩個獨立的電源供電。立的電源供電。 永磁式。永磁式。U1為勵磁電壓，直流為勵磁電壓，直流U2為電樞電壓為電樞電壓MU1I1I2U2U+直流伺服電動機(jī)的接線圖直流伺服電動機(jī)的接線圖跳轉(zhuǎn)到第一頁 直流伺服電機(jī)的機(jī)械直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性與他勵直流電機(jī)相同特性與他勵直流電機(jī)相同一樣，也可用下式表示一樣，也可用下式表示TCCRCUnTEE2a2機(jī)械特性曲線如圖所示。機(jī)械特性曲線如圖所示。直流伺服電動機(jī)的直流伺服電動機(jī)的n=f(T)曲線曲線(U1=常數(shù)常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO跳轉(zhuǎn)到第一頁直流伺服電機(jī)輸出功率一般為直流伺服電機(jī)輸出功率一般為1-6

5、00W。通常應(yīng)用。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控制隨動系統(tǒng)中的位置控制等。等。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 測速發(fā)電機(jī)是一種轉(zhuǎn)速測量傳感器。在許多自測速發(fā)電機(jī)是一種轉(zhuǎn)速測量傳感器。在許多自動控制系統(tǒng)中，它被用來測量旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)速，向動控制系統(tǒng)中，它被用來測量旋轉(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電壓?？刂齐娐诽峁┡c轉(zhuǎn)速大小成正比的信號電壓。測速發(fā)電機(jī)分為測速發(fā)電機(jī)分為交流交流和和直流直流兩種類型。兩種類型。 交流測速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩交流測速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩種，只分析異步式交流測速發(fā)電機(jī)的工作原理。種，只分析異步式交流測速發(fā)電機(jī)的工

6、作原理。跳轉(zhuǎn)到第一頁 1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子勵磁繞組勵磁繞組輸出繞組輸出繞組一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 異步式交流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺異步式交流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動機(jī)相似，轉(zhuǎn)子有鼠籠型和杯形轉(zhuǎn)子（常用），服電動機(jī)相似，轉(zhuǎn)子有鼠籠型和杯形轉(zhuǎn)子（常用），定子上有兩個繞組定子上有兩個繞組（空間互差空間互差90 ），一個是勵磁繞組，一個是勵磁繞組，一個是輸出繞組。一個是輸出繞組。輸出輸出繞組繞組2U+勵磁勵磁繞組繞組1U1I1+跳轉(zhuǎn)到第一頁 靜止時，測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組接交流電源靜止時，測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組接交流電源U U1 1，輸出繞組在輸出繞組在空間空間勵磁繞組勵磁繞組互差互差90 ，無感應(yīng)電動勢

7、。，無感應(yīng)電動勢。 工作時，測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組接交流電源工作時，測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組接交流電源U U1 1，由由 U U1 1 4.44 4.44 f1 1N N1 1 1 1 可知：可知：11U 當(dāng)被測轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子切當(dāng)被測轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子切割割 1 1產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢E Er r和轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電流I Ir r，它們的大，它們的大小與小與 1 1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 成正比：成正比：nEI1rr 轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 Ir也產(chǎn)生磁通也產(chǎn)生磁通 r ， r 在輸出繞組中感在輸出繞組中感應(yīng)出電壓應(yīng)出電壓U2 ， U2的大小與的大小與 r r成

8、正比：成正比：跳轉(zhuǎn)到第一頁r2 UnUnU112 當(dāng)當(dāng) U U1 1恒定不變時，恒定不變時， U U2 2與與n 成正比，這樣，成正比，這樣，發(fā)電機(jī)就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓發(fā)電機(jī)就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。信號，輸出給控制系統(tǒng)。 由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測速發(fā)電機(jī)的輸出速發(fā)電機(jī)的輸出電壓電壓 U U2 2與與n 間存在著一定的非間存在著一定的非線性誤差，使用時要注意加以修正。線性誤差，使用時要注意加以修正。 綜上分析可知：綜上分析可知：轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，輸出電壓反向轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，輸出電壓反向跳轉(zhuǎn)到第一頁一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 直

9、流測速發(fā)電機(jī)分直流測速發(fā)電機(jī)分永磁式永磁式和和他勵式他勵式兩種。兩種。兩種電機(jī)的電樞相同，工作時電樞接負(fù)載電阻兩種電機(jī)的電樞相同，工作時電樞接負(fù)載電阻RL。但永磁式的定子使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，。但永磁式的定子使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，因而沒有勵磁線圈；他勵式的結(jié)構(gòu)與直流伺服因而沒有勵磁線圈；他勵式的結(jié)構(gòu)與直流伺服電機(jī)相同，工作時勵磁繞組加直流電壓電機(jī)相同，工作時勵磁繞組加直流電壓U1勵磁。勵磁。他他勵式直流測速發(fā)電機(jī)接線圖勵式直流測速發(fā)電機(jī)接線圖TGRLI2U2+Ra+EI1U1+跳轉(zhuǎn)到第一頁 當(dāng)被測裝置轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)被測裝置轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞產(chǎn)生電動勢電樞產(chǎn)生電動勢

10、E，其大小為：，其大小為：nCE E發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的輸出電壓為：輸出電壓為：2a2a2 IRnCIREUE上式中代入：上式中代入：L22RUI 于是于是nRRCUEL2a1 跳轉(zhuǎn)到第一頁 當(dāng)勵磁電壓當(dāng)勵磁電壓U1保持恒定時（保持恒定時（ 亦亦恒定恒定），若，若Ra、RL不變，輸出電壓不變，輸出電壓U2與電樞轉(zhuǎn)速與電樞轉(zhuǎn)速 n 成正比。成正比。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。給控制系統(tǒng)。0nU2RL2RL1RL= RL2RL1nRRCUEL2a1 由于直流電機(jī)中存在著電樞反應(yīng)現(xiàn)象，使得輸由于直流電機(jī)中存在著電樞反應(yīng)現(xiàn)

11、象，使得輸出電壓出電壓U2與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n 有一定的線性誤差。有一定的線性誤差。 RL越小、越小、n 越越大，誤差越大。使用中應(yīng)使大，誤差越大。使用中應(yīng)使RL和和 n的大小符合的大小符合直流測直流測速發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。速發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。跳轉(zhuǎn)到第一頁測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用組成：組成：測速發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速指示器（電壓表）、接線箱測速發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速指示器（電壓表）、接線箱連接：連接：測速發(fā)電機(jī)接主機(jī)凸輪軸或尾軸測速發(fā)電機(jī)接主機(jī)凸輪軸或尾軸 轉(zhuǎn)速指示器接測速發(fā)電機(jī)的輸出端轉(zhuǎn)速指示器接測速發(fā)電機(jī)的輸出端應(yīng)用：應(yīng)用：主機(jī)轉(zhuǎn)速、計程儀主機(jī)轉(zhuǎn)速、計程儀跳轉(zhuǎn)到第一頁 1、定義 自整角機(jī)是一種能對角位移或角速

12、度的偏差自動整步的感應(yīng)式控制電機(jī)。 2、作用 將轉(zhuǎn)軸上的將轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角變換成變換成電氣信號電氣信號，或?qū)ⅲ驅(qū)㈦姎怆姎庑盘栃盘栕儞Q成變換成轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角，使機(jī)械上互不相聯(lián)的兩根或幾根轉(zhuǎn)軸能夠自動地保持同步偏移或旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)以實現(xiàn)角度的傳輸角度的傳輸、轉(zhuǎn)換和接收轉(zhuǎn)換和接收。跳轉(zhuǎn)到第一頁 3、使用注意 一般成對或多臺組合使用。 產(chǎn)生控制信號的主自整角機(jī)稱為發(fā)送機(jī) 接收控制信號、執(zhí)行控制命令與發(fā)送自整角機(jī)保持同步的自整角機(jī)稱為接收機(jī)。 4、分類（根據(jù)功能） 力矩式自整角機(jī) 控制式自整角機(jī) 5、結(jié)構(gòu) 定子（三相繞組空間上互差120o，稱為整步繞組一般接成星形。） 轉(zhuǎn)子（磁極繞單相繞組，作為勵磁繞組。通過

13、電刷、滑環(huán)接到外電源。） 跳轉(zhuǎn)到第一頁接線：接線：發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的整步繞組對應(yīng)相連接，發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的整步繞組對應(yīng)相連接， 勵磁繞組接在同一單相交流電源。勵磁繞組接在同一單相交流電源。力矩式自整角機(jī)原理圖力矩式自整角機(jī)原理圖兩臺自整角機(jī)結(jié)構(gòu)兩臺自整角機(jī)結(jié)構(gòu)完全相同完全相同跳轉(zhuǎn)到第一頁 原理：原理： 兩機(jī)轉(zhuǎn)子兩機(jī)轉(zhuǎn)子位置一致位置一致時，整步繞組感應(yīng)電動勢大小相時，整步繞組感應(yīng)電動勢大小相等，無感應(yīng)電流。等，無感應(yīng)電流。無整步轉(zhuǎn)矩?zé)o整步轉(zhuǎn)矩。 發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，感應(yīng)電動勢不相等，整，感應(yīng)電動勢不相等，整步繞組中有電流，發(fā)送機(jī)接收機(jī)整步繞組電流方向相步繞組中有電流，發(fā)送機(jī)

14、接收機(jī)整步繞組電流方向相反，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向也相反，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子固定，反，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向也相反，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子固定，接收機(jī)轉(zhuǎn)子沿發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動，直到兩個接收機(jī)轉(zhuǎn)子沿發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動，直到兩個轉(zhuǎn)子位置一致。轉(zhuǎn)子位置一致。 發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也會也相同的，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也會也相同的速度轉(zhuǎn)起來，永遠(yuǎn)保持兩轉(zhuǎn)子位置的協(xié)調(diào)。速度轉(zhuǎn)起來，永遠(yuǎn)保持兩轉(zhuǎn)子位置的協(xié)調(diào)。 接收機(jī)輸出接收機(jī)輸出的為與發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的的為與發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的隨動轉(zhuǎn)矩隨動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)轉(zhuǎn)角的傳遞。實現(xiàn)轉(zhuǎn)角的傳遞。 應(yīng)用：應(yīng)用：接收機(jī)轉(zhuǎn)軸只能帶接收機(jī)轉(zhuǎn)軸只能帶很輕很輕負(fù)載，用在負(fù)載，用在

15、指示指示系統(tǒng)系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到第一頁控制式自整角機(jī)原理圖控制式自整角機(jī)原理圖接線：接線： 發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的整步繞組對應(yīng)相連接，整步繞組對應(yīng)相連接， 發(fā)送機(jī)勵磁繞組接發(fā)送機(jī)勵磁繞組接單相交流電源，單相交流電源， 接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組作為輸出繞組。作為輸出繞組。 轉(zhuǎn)子繞組的軸線預(yù)轉(zhuǎn)子繞組的軸線預(yù)先轉(zhuǎn)了先轉(zhuǎn)了9090o o1U2U102D1D3D4D6D1D2D3D4D5D5D6發(fā) 送 機(jī)接 收 機(jī)1I3I2I1SE2SE3SE跳轉(zhuǎn)到第一頁 當(dāng)發(fā)送機(jī)的勵磁繞組接通交流電源后，發(fā)送機(jī)中建當(dāng)發(fā)送機(jī)的勵磁繞組接通交流電源后，發(fā)送機(jī)中建立脈動磁場，三相整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。立脈動磁場

16、，三相整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。cos1mm)120cos(02mm)240cos(03mm)240cos()120cos(cos03021EEEEEESSS)240cos()120cos(cos03302211IZEIIZEIIZEISSS發(fā)送機(jī)側(cè)磁場發(fā)送機(jī)側(cè)磁場:發(fā)送機(jī)側(cè)感應(yīng)電動勢發(fā)送機(jī)側(cè)感應(yīng)電動勢:兩機(jī)的整步繞組回路中產(chǎn)生電兩機(jī)的整步繞組回路中產(chǎn)生電流流跳轉(zhuǎn)到第一頁)240cos()120cos(cos03021mrmrmr電流在接收機(jī)定子繞組建立磁場電流在接收機(jī)定子繞組建立磁場 對其合成磁場進(jìn)行正交分解，分為縱向分量與橫對其合成磁場進(jìn)行正交分解，分為縱向分量與橫向分量。其縱向分量不與輸

17、出繞組耦合，不產(chǎn)生感生向分量。其縱向分量不與輸出繞組耦合，不產(chǎn)生感生電動勢；而橫向分量與輸出繞組耦合，產(chǎn)生感生電動電動勢；而橫向分量與輸出繞組耦合，產(chǎn)生感生電動勢（設(shè)接收轉(zhuǎn)子處于基準(zhǔn)零位）。勢（設(shè)接收轉(zhuǎn)子處于基準(zhǔn)零位）。sin2mEEU 輸出繞組中的感應(yīng)電動勢是一個隨發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)輸出繞組中的感應(yīng)電動勢是一個隨發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)角改變而按正弦變化的交流量。角改變而按正弦變化的交流量。應(yīng)用：應(yīng)用：用在用在隨動隨動系統(tǒng)系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到第一頁舵角指示器是用以反映舵角指示器是用以反映舵葉偏轉(zhuǎn)角舵葉偏轉(zhuǎn)角的裝置。的裝置。是由是由力矩式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)組成的同步跟蹤系統(tǒng)。發(fā)送機(jī)安組成的同步跟蹤系統(tǒng)。發(fā)送機(jī)安裝

18、在舵機(jī)上，其轉(zhuǎn)子與舵柱機(jī)械聯(lián)接；多臺接收機(jī)安裝在舵機(jī)上，其轉(zhuǎn)子與舵柱機(jī)械聯(lián)接；多臺接收機(jī)安裝在駕駛室、機(jī)艙操縱室等處，轉(zhuǎn)子帶指針偏轉(zhuǎn)，在裝在駕駛室、機(jī)艙操縱室等處，轉(zhuǎn)子帶指針偏轉(zhuǎn)，在刻度盤顯示舵葉偏轉(zhuǎn)的角度。刻度盤顯示舵葉偏轉(zhuǎn)的角度。在自動操舵控制系統(tǒng)中在自動操舵控制系統(tǒng)中采用控制式自整角機(jī)，采用控制式自整角機(jī)，將舵葉與設(shè)定航向的偏將舵葉與設(shè)定航向的偏差轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電壓量，差轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電壓量，作為反饋信號，再去糾作為反饋信號，再去糾正舵葉的偏差。正舵葉的偏差。跳轉(zhuǎn)到第一頁 由兩套力矩式自整角機(jī)組成。由兩套力矩式自整角機(jī)組成。駕駛臺傳令鐘手柄與駕駛臺發(fā)送機(jī)駕駛臺傳令鐘手柄與駕駛臺發(fā)送機(jī)1轉(zhuǎn)子機(jī)械連接，對轉(zhuǎn)子機(jī)械連接，對應(yīng)的接收機(jī)應(yīng)的接收機(jī)1安裝在機(jī)艙操縱臺，其轉(zhuǎn)子帶動機(jī)艙傳安裝在機(jī)艙操縱臺，其轉(zhuǎn)子帶動機(jī)艙傳令鐘指針同步偏轉(zhuǎn)；令鐘指針同步偏轉(zhuǎn)；跳轉(zhuǎn)到第一頁另一套自整角機(jī)用于機(jī)艙回令系統(tǒng)，回令手柄與機(jī)艙的另一套自整角機(jī)用于機(jī)艙回令系統(tǒng)，回令手柄與機(jī)艙的發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)2機(jī)械連接，駕駛臺回令指針由駕駛臺接收機(jī)機(jī)械連接，駕駛臺回令指針由駕駛臺接收機(jī)2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子帶動作同步偏轉(zhuǎn)。子帶