1、船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)第06章控制用電機(jī)船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)第06章控制用電機(jī)內(nèi)容簡介控制電機(jī)主要用于自動控制系統(tǒng)中作為檢測、比較、放大和執(zhí)行元件。其任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號。本章將介紹幾種常用的控制電機(jī)：伺服電動機(jī)，測速發(fā)電機(jī)，自整角機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)。 內(nèi)容簡介控制電機(jī)主要用于自動控制系統(tǒng)中作為檢測、比較、放大和 前面介紹的異步電動機(jī)、直流電動機(jī)等都是作為動力使用的，其主要任務(wù)是能量的轉(zhuǎn)換。各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：如: 伺服電動機(jī)將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象；測速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓，并傳遞到 輸入端作為反饋信號。步進(jìn)電動機(jī)將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。 本章介紹的各種控制電機(jī)

2、的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號，能量的轉(zhuǎn)換是次要的。 對控制電機(jī)的主要要求：動作靈敏、準(zhǔn)確、 重量輕、體積小、耗電少、運行可靠等。 前面介紹的異步電動機(jī)、直流電動機(jī)等都是作為動力伺服電動機(jī)是一種把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度來執(zhí)行控制任務(wù)的電動機(jī)，又稱執(zhí)行電動機(jī)。按電流種類分，伺服電動機(jī)分為交流和直流兩種。6.1 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)是一種把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度來1轉(zhuǎn)子，2定子繞組，3定子，4內(nèi)定子5機(jī)殼，6端蓋。1轉(zhuǎn)子，2定子繞組，3定子，4內(nèi)定子原理與兩相交流異步電機(jī)相同，定子上裝有兩個繞組 勵磁繞組和控制繞組，在空間相隔90。6.1.1 交流伺服電動機(jī)勵磁

3、繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖原理與兩相交流異步電機(jī)相同，定子上裝有兩個繞組 勵磁繞組勵磁繞組中串聯(lián)電容C的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。勵磁繞組的接線放大器控制繞組的接線檢測元件控制信號勵磁繞組中串聯(lián)電容C的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。勵磁繞組的適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。1例：選擇電容，可使交流伺服電機(jī)電路中的電壓電流的相量關(guān)系如圖所示。勵磁繞組的接線適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90， 工作時兩個繞組中產(chǎn)生的電流 和 的相位差近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場的作

4、用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。放大器控制繞組的接線檢測元件控制信號控制電壓 與電源電壓 兩者頻率相同，相位相同或反相。 工作時兩個繞組中產(chǎn)生的電流 和 （1）U2= 0 時，轉(zhuǎn)子停止。這時，雖然U2 =0V，U1仍存在，似乎成單相運行狀態(tài)，但和單相異步機(jī)不同。若單相電機(jī)啟動運行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)不同，單相電壓時設(shè)備不能轉(zhuǎn)。交流伺服電動機(jī)的特點：原因：交流伺服電機(jī) R2設(shè)計得較大。所以在U2=0時，交流伺服電機(jī)的T=f(s)曲線如下頁圖：（1）U2= 0 時，轉(zhuǎn)子停止。這時，雖然U2 =0V，U1當(dāng)U2=0V時，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T、T 的合成轉(zhuǎn)矩 T 與單相異步機(jī)不同。合成

5、轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機(jī)在U2=0V時，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號的作用(有控制電壓時轉(zhuǎn)動，無控制電壓時不轉(zhuǎn))，以免失控。交流伺服電動機(jī)的T=f(s)曲線（U2=0時）sT210sTTT021反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)單相電動機(jī)T=f(s)sT210sTTT021反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)當(dāng)U2=0V時，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T、（3）控制電壓 U2 大小變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓 U2 成正比。U2 的極性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。（2）交流伺服電機(jī) R2設(shè)計得較大，使Sm1，Tst大，啟動迅速，穩(wěn)定運行范圍大。交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性曲線( U1=const )nTU20.8 U20.6 U

6、20.4 U2Tn（3）控制電壓 U2 大小變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在自動控制、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。應(yīng)用 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率結(jié)構(gòu)：與直流電動機(jī)基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細(xì)長一些。工作原理：與直流電動機(jī)相同。供電方式：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨立電源供電：MU1IfIaU2放大器UU1為勵磁電壓，U2為電樞電壓。6.1.2直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)：與直流電動機(jī)基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細(xì)長一些。工作直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式與他勵直流電機(jī)一

7、樣：直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式與他勵直流電機(jī)一樣：由機(jī)械特性可知：(1)U1（即磁通）不變時，一定的負(fù)載下，U2,n。(2)U2=0時，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)。機(jī)械特性曲線U20.8U20.6U20.4U2nT由機(jī)械特性可知：反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)。機(jī)械特性3.控制特性 伺服電動機(jī)在固定的負(fù)載下，控制信號電壓U2的大小與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系稱作控制特性，又稱調(diào)節(jié)特性。 在電動機(jī)穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩T = TL，機(jī)械特性的表達(dá)式為：3.控制特性圖6-8 控制特性（T3T2T1） 不同負(fù)載下，控制電壓U2與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系。 帶負(fù)載起動時，控制電壓必須達(dá)到一定值后，轉(zhuǎn)

8、子才能轉(zhuǎn)動，對應(yīng)電壓值稱為起動電壓（Ust），0Ust 為失靈區(qū)或稱死區(qū)。圖6-8 控制特性（T3T2T1） 不同負(fù)載直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為1-600W。它的用途很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。應(yīng)用：直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中 船舶上常用測速發(fā)電機(jī)（直流或交流）、轉(zhuǎn)速指示儀和接線箱等組成遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)速測量和監(jiān)視系統(tǒng)。以船舶主機(jī)的轉(zhuǎn)速測量為例，測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過聯(lián)軸器、齒輪或鏈輪鏈條與主機(jī)凸輪軸或尾軸連接。幾個并聯(lián)的轉(zhuǎn)速指示表分別安裝在機(jī)艙、集控室、駕駛室和輪機(jī)長室。轉(zhuǎn)速表內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)電阻，以適配不同距離的應(yīng)

9、用場合之需。6.2 測速發(fā)電機(jī) 測速發(fā)電機(jī)是一種把機(jī)械上的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)變成電信號的發(fā)電機(jī)。 船舶上常用測速發(fā)電機(jī)（直流或交流）、轉(zhuǎn)速指示儀和接6.2.1 交流測速發(fā)電機(jī) 異步式交流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)相似，它的定子上有兩個繞組，一個是勵磁繞組，一個是輸出繞組。1轉(zhuǎn)子定子勵磁繞組輸出繞組輸出繞組+勵磁繞組+6.2.1 交流測速發(fā)電機(jī) 異步式交流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 工作時，測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組接交流電源U1，由 U1 4.44 f1N11 可知： 工作時，測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組接交流電 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1產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢E2和轉(zhuǎn)子電流I2，它們的大小與1和轉(zhuǎn)

10、子轉(zhuǎn)速 n 成正比： 轉(zhuǎn)子電流 I2也產(chǎn)生磁通2 ，2 在輸出繞組中感應(yīng)出電壓U2 ， U2的大小與2成正比： 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1產(chǎn)生轉(zhuǎn)綜合上述分析可知：當(dāng)U1恒定不變時，U2與n 成正比，這樣，發(fā)電機(jī)就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。綜合上述分析可知：當(dāng)U1恒定不變時，U2與n 成正比，這樣， 由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓 U2與n 間存在著一定的非線性誤差，使用時要注意加以修正。 空心杯轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)與直流測速發(fā)電機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等優(yōu)點，是目前較為理想的測速元件。 由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測速

11、發(fā)電機(jī)6.2.2 直流測速發(fā)電機(jī) 直流測速發(fā)電機(jī)分永磁式和他勵式兩種。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，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U1勵磁。他勵式直流測速發(fā)電機(jī)接線圖TGRLI2U2+Ra+EI1U1+6.2.2 直流測速發(fā)電機(jī) 直流測速發(fā)電機(jī)分永磁式和他 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E，其大小為：發(fā)電機(jī)的輸出電壓為：上式中代入：于是 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 可見，當(dāng)勵磁電壓U1保持恒定時（ 亦恒定），若Ra、RL不變，則輸出電壓U2的大小與電樞

12、轉(zhuǎn)速 n 成正比。這樣，發(fā)電機(jī)就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1 可見，當(dāng)勵磁電壓U1保持恒定時（ 亦恒定），若Ra 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 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的大小符合直流測速發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。 值得注意的是，由于直流電機(jī)中存在著電從結(jié)構(gòu)上講，自整角機(jī)有兩種形式。一種形式是：定子是三相的，轉(zhuǎn)子是單相的；另一種形式是：定子是單相的，轉(zhuǎn)子是三相的。在應(yīng)用中，自整角機(jī)總是成對使用，一個作為發(fā)送，一個作為接收。由于使用上的不同，有控

13、制式和力矩式兩種。6.3 自整角機(jī) 從結(jié)構(gòu)上講，自整角機(jī)有兩種形式。一種形式是：定子是三相的，轉(zhuǎn)6.3.1 控制式自整角機(jī)控制式自整角機(jī)又稱為變壓器式自整角機(jī)。發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組作為勵磁繞組接在固定交流電源上。接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組則作為輸出繞組，其輸出電壓的大小和相位與失調(diào)角 = 有關(guān)。由于發(fā)送機(jī)勵磁繞組的脈動磁通在定子三相繞組中感應(yīng)有電動勢，而接收機(jī)定子三相繞組中卻沒有感應(yīng)電動勢，所以在定子三相回路中總是有電流通過。這三個電流I1，I2和 I3流經(jīng)接收機(jī)的定子繞組，便在接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電壓。6.3.1 控制式自整角機(jī)控制式自整角機(jī)又稱為變壓器式自理論上可以證明，假若事先將兩個轉(zhuǎn)子的相對軸位

14、置置成900，那么，接收機(jī)轉(zhuǎn)子單相繞組的輸出電壓U2的大小和相位與失調(diào)角 = 有關(guān)。它們的關(guān)系是Um為輸出電壓最大值 理論上可以證明，假若事先將兩個轉(zhuǎn)子的相對軸位置置成900，那原理分析：原理分析：原理分析： 當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組接入單相交流電流時，產(chǎn)生的是正弦分布的脈振磁場，與發(fā)送機(jī)三相整步繞組相交鏈而感應(yīng)產(chǎn)生電動勢。如果發(fā)送機(jī)三相整步繞組的某相（如A相）與磁勵繞組的軸線重合作為起始位置，那么此時該相的感應(yīng)電動勢，其有效值為原理分析： 如果發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的位置角為1，如圖所示，那么由發(fā)送機(jī)勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場在其各相整步繞組中感應(yīng)的電勢的有效值分別為：1E1aE1bE1c 如果發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的位

15、置角為1，如圖所示，那么由發(fā)送機(jī)勵設(shè)自整角發(fā)送機(jī)的每相整步繞組的阻抗為Z1，自整角變壓器每相整步繞組的阻抗為Z2，為了便于分析，把兩臺自整角機(jī)的三相整步繞組的星點連接起來，那么三相整步繞組的回路電流分別為：設(shè)自整角發(fā)送機(jī)的每相整步繞組的阻抗為Z1，自整角變壓器每相整三相整步繞組星點連線中的電流為連線中并沒有電流，實際線路中并不需要連接，分析時連接只不過為了便于分析而已。三相整步繞組星點連線中的電流為連線中并沒有電流，實際線路中并 由于三相整步繞組的電勢都是由同一個脈振磁通感應(yīng)產(chǎn)生，又因控制式自整角發(fā)送機(jī)和自整角變壓器的每相整步繞組回路的阻抗都相同，因而整步繞組的每一相繞組回路的電流是同頻同相位

16、的，那么其合成磁勢為空間分布的脈振磁勢。自整角發(fā)送機(jī)每相磁勢幅值為： 由于三相整步繞組的電勢都是由同一個脈振磁通感應(yīng)產(chǎn)生為了分析的方便，通常把整步繞組中三個空間脈振磁勢分解為直軸分量和交軸分量，勵磁繞組為直軸，也稱d軸，交軸與直軸在空間相差90，稱為q軸。那么控制式自整角發(fā)送機(jī)三相繞組的直軸分量磁勢為為了分析的方便，通常把整步繞組中三個空間脈振磁勢分解為直軸分1I1aI1bI1cF11I1aI1bI1cF1船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)第06章控制用電機(jī)交軸分量的磁通勢為上述公式表明，控制式自整角發(fā)送機(jī)的三相繞組合成磁勢沒有交軸分量，只有直軸分量，即合成磁勢是一個直軸磁勢，與勵磁繞組同軸，與1無關(guān)。交軸分

17、量的磁通勢為上述公式表明，控制式自整角發(fā)送機(jī)的三相繞組 自整角變壓器的三相繞組電流就是發(fā)送機(jī)繞組電流，只不過對發(fā)送機(jī)而言，電流是“流出”的，對于接收機(jī)（自整角變壓器）而言，電流是“流入”的，如圖所示,因而在接收機(jī)整步繞組中產(chǎn)生的磁通勢F1與F1大小相等，方向相反，也與1無關(guān)。 自整角變壓器的三相繞組電流就是發(fā)送機(jī)繞組電流，只不過對發(fā)船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)第06章控制用電機(jī)自整角變壓器的輸出電勢： 如果自整角變壓器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角2等于自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角1，則自整角變壓器三相繞組合成磁勢所產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子輸出繞組同軸線，那么在轉(zhuǎn)子輸出繞組中感應(yīng)電動勢Em的值最大，如果21，自整角變壓器定子合成磁勢與轉(zhuǎn)

18、子輸出繞組軸線夾角為=1-2，如圖所示，此時轉(zhuǎn)子輸出繞組感生的電動勢為：E2 = Emcos(1 2) = Emcos自整角變壓器的輸出電勢： 由上式知，自整角變壓器輸出電壓（電勢）為失調(diào)角的余弦函數(shù)，在實際控制系統(tǒng)中會帶來一些問題。（1）當(dāng)隨動系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)位置（即失調(diào)角=0）時，希望自整角變壓器的輸出電壓為0，當(dāng)0時，才有電壓信號輸出，送到交流伺服電動機(jī)中，使伺服電動機(jī)旋轉(zhuǎn)以清除，但如按圖工作，那么，在失調(diào)角為0時，自整角變壓器輸出電壓反而最大，增大，輸出電壓反而減小，與實際需要相反。（2）失調(diào)角是有方向的，是順時針還是反時針是必須明確的，即的正負(fù)值是表明方向的，但上述系統(tǒng)中不管為正還是為負(fù)

19、，其輸出的電壓都是正的，因為Ecos(-)=Ecos. 由上式知，自整角變壓器輸出電壓（電勢）為失調(diào)角的余弦 為了解決上述問題，在實際使用的系統(tǒng)中，自整角發(fā)送機(jī)的a相定子繞組線作直軸，其轉(zhuǎn)子繞組以直軸作起始位置，而把自整角變壓器轉(zhuǎn)子輸出繞組放在交軸上，事實上，把自整角變壓器的轉(zhuǎn)子由原來的協(xié)調(diào)位置（=0）處旋轉(zhuǎn)90作為起始位置，那么輸出繞組感應(yīng)電動勢 E2 = Em(-90) =Emsin 為了解決上述問題，在實際使用的系統(tǒng)中，自整角發(fā)送機(jī)的a相 空載時，輸出電壓U2=E2，負(fù)載時，輸出電壓下降，若選擇輸入阻抗大的放大器作為負(fù)載，則自整角變壓器輸出電壓下降不大。自整角變壓器的輸出電壓U2隨失調(diào)角

20、變化的曲線如圖所示。自整角變壓器在協(xié)調(diào)位置即=0時，輸出電壓為0，當(dāng)=1時輸出的電壓值叫比電壓U0，比電壓越大，控制系統(tǒng)越靈敏。 空載時，輸出電壓U2=E2，負(fù)載時，輸出電壓下降，若選擇其功能是同步傳遞角度 （電子軸）6.3.2 力矩式自整角機(jī)發(fā)送機(jī) 接受機(jī)在發(fā)送機(jī)中，這三個電動勢分別為 ， 和 。在接收機(jī)中，分別為 ， 和 。其功能是同步傳遞角度 （電子軸）6.3.2 力矩式自整角機(jī)發(fā)發(fā)送機(jī) 接受機(jī)當(dāng)兩轉(zhuǎn)子具有相同位置時，即 時， 。因而不產(chǎn)生電流，也沒有電磁轉(zhuǎn)矩，兩電機(jī)靜止不動。 發(fā)送機(jī) 接受機(jī)當(dāng)兩轉(zhuǎn)子具當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個角度后， 。兩電機(jī) 繞組中的各相電動勢不再平衡，因而產(chǎn)生電流，在

21、磁場的將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?？偸橇D使兩轉(zhuǎn)子的位置趨向一致。接收機(jī)的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)矩的作用下產(chǎn)生了隨動動作，直至 ，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)角隨動的作用。 發(fā)送機(jī) 接受機(jī)當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個角度后， 。兩電機(jī)原理分析：原理分析： 當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為1，接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為2，在上述假設(shè)條件下，力矩式自整角機(jī)工作時電機(jī)內(nèi)磁勢情況可以看成發(fā)送機(jī)勵磁繞組與接收機(jī)勵磁繞組分別單獨接電源時所產(chǎn)生的磁勢的線性疊加。力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)矩是定子磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢相互作用而產(chǎn)生的。為分析自整角機(jī)的力矩，我們先來看看直軸、交軸磁勢是如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的。 當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為1，接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為2，在上述假1）、直軸、交軸磁勢是如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的：1）、直軸

22、、交軸磁勢是如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的：A：在直軸磁通（磁勢）下，通電線圈產(chǎn)生的也是直軸磁勢，此時線圈也受到的電磁力F的方向如圖所示，顯然不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。同樣的圖是產(chǎn)生交軸磁勢的線圈在交軸磁通（磁勢）下也不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。B：在直軸磁通（磁勢）下，通電線圈產(chǎn)生的是交軸磁勢，線圈邊受力方向相反，使線圈產(chǎn)生順時針力矩，最終使線圈停在水平位置，兩磁勢的軸線重合，同樣的，圖是產(chǎn)生直軸磁勢的線圈在交軸磁通（磁勢）下受到逆時針的轉(zhuǎn)矩。A：在直軸磁通（磁勢）下，通電線圈產(chǎn)生的也是直軸磁勢，此時線 綜上所述，同軸磁勢不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，直軸磁勢與交軸磁勢能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是使兩磁勢磁軸線靠攏。 綜上所述，同軸磁勢不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，直軸

23、磁勢與交軸磁勢能夠產(chǎn)2）、力矩自整角機(jī)的力矩及方向：在接收機(jī)中，F(xiàn)2與勵磁磁勢Ff是同軸磁勢，故不會產(chǎn)生力矩，而F1與Ff軸線的夾角即失調(diào)角=1-2，不同軸的磁勢則產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩：若把F2作直軸，那么可把F1分為直軸分量F1cos交軸分量F1sin，如圖所示。2）、力矩自整角機(jī)的力矩及方向：在接收機(jī)中，F(xiàn)2與勵磁磁勢F直軸分量與Ff同軸不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，交軸分量F1sin則與Ff產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩稱為整步轉(zhuǎn)矩。若=90時產(chǎn)生的最大整步轉(zhuǎn)矩為Tm，那接收機(jī)所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩可以表達(dá)為 T=Tmsin直軸分量與Ff同軸不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，交軸分量F1sin則與Ff由此可見,力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)的區(qū)別在于:自整角

24、機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)失調(diào)角產(chǎn)生時，力矩自整角接收機(jī)輸出與失調(diào)角成正弦關(guān)系的轉(zhuǎn)矩，直接帶動接收機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載，直至消除失調(diào)角。但力矩式自整角機(jī)力矩不大，如果機(jī)械負(fù)載較大，則采用控制式自整角機(jī)系統(tǒng)。自控式自整角機(jī)把失調(diào)角轉(zhuǎn)換為正弦關(guān)系的電壓輸出，經(jīng)過電壓放大器放大后送到交流伺服電動機(jī)的控制繞組中，使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，再經(jīng)齒輪減速后帶動機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)動，直到消除失調(diào)角。由此可見,力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)的區(qū)別在于:自整角機(jī)應(yīng)用實例 舵角指示器示意圖 自整角機(jī)傳令鐘 應(yīng)用實例 舵角指示器示意圖 自整角機(jī)傳機(jī)理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度

25、，帶動機(jī)械移動一小段距離。特點：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。 (2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 (3)改變脈沖順序，改變方向。6.4 步進(jìn)電動機(jī) 機(jī)理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)第06章控制用電機(jī)種類：有勵磁式和反應(yīng)式兩種。兩種的區(qū)別在于勵磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。1 定子鐵心 , 2 定子控制繞組, 3轉(zhuǎn)自鐵心 種類：1 定子鐵心 , 2 定子控制繞組, 3轉(zhuǎn)自鐵心 1. 結(jié)構(gòu) 步進(jìn)機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個、四個磁極 。定子轉(zhuǎn)子定子繞組下面以反應(yīng)式步進(jìn)電

26、機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。1. 結(jié)構(gòu) 步進(jìn)機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。注意：這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。ABC定子轉(zhuǎn)子IAIBIC定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。注意：這2. 工作方式 步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一. 三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y 型（2）三相繞組中的通電順序為：A 相 B 相 C 相通電順序也可以為： A 相 C 相 B 相 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)2. 工作方式 步進(jìn)電機(jī)的工

27、作方式可分為：三相單三拍（3）工作過程A 相通電，A 方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A 相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和 AA 對齊。CABBCA3412（3）工作過程A 相通電，A 方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。CABBCA3412同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；C相通電再轉(zhuǎn)30。1C342CABBA30CABBCA3412同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括

28、三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30。此角稱為步距角，用S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循三相雙三拍 通電順序為ABBCCA 或反之ACCBBA 由于雙三拍控制每次有二相繞組通電，而且切換時總保持一相繞組通電，所以工作比較穩(wěn)定。三相雙三拍 通電順序為ABBCCA 或反之ACCBAB通電CABBCA3412BC通電3412CABBCACA通電CABBCA3412 與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30 (步距角)

29、，一個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。AB通電CABBCA3412BC通電3412CABB三相六拍 通電順序為 AABBBCCCAA 或反之，AACCCBBBA 它比三相三拍控制方式步距角小一半，因而精度更高，且轉(zhuǎn)換過程中始終保證有一個繞組通電，工作穩(wěn)定，因此這種方式被大量采用。步矩角 、頻率 、和轉(zhuǎn)速 n 的關(guān)系：三相六拍 通電順序為步矩角 、頻率 、和轉(zhuǎn)速 n 步距角Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)m 每個通電循環(huán)周期的拍數(shù)以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。 從以上對步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動方式的分析可得步距角計算公式： 步距角Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)m 每個通電循環(huán)周期的拍數(shù)以上 實用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3和1.5 。為了獲得小