控制電機總復(fù)習(xí)

1、總復(fù)習(xí),課程主要內(nèi)容 1、直流伺服電動機 2、交流伺服電動機 3、步進電機 4、變壓器 5、測速發(fā)電機 6、自整角機 7、旋轉(zhuǎn)變壓器,2,第1章 直流伺服電動機,1. 電壓平衡方程式 勵磁電路： Uf = Rf If 電樞電路： Ua = EaRaIa, Ra 電樞繞組總電阻，包括電刷的接觸電阻。,Te = CT Ia,電磁轉(zhuǎn)矩 電壓平衡方程式,Te = TL = T0T2,3,1. 額定電壓 UN 發(fā)電機的 UN ：指輸出電壓的額定值。 電動機的 UN ：指輸入電壓的額定值。 2. 額定電流 IN 發(fā)電機的 IN ：指輸出電流的額定值。 電動機的 IN ：指輸入電流的額定值。 3. 額定功率

2、 PN 發(fā)電機的 PN ：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動機的 PN ：指輸出機械功率的額定值(UN INN ) 。 4. 額定轉(zhuǎn)速 nN,2.直流電機的額定值,4,3、直流電動機的調(diào)速方法,（1）改變Ua；,（2）改變Rtj；,（3）改變；,4、改變直流電動機的轉(zhuǎn)向的方法,5、使用中必須注意的問題,5,6、直流伺服電動機的機械特性及調(diào)節(jié)特性,當(dāng) Ua、Ra、If = 常數(shù)時： n = f (T ), 機械特性,= n0 Te = n0n,機械特性,n0,Td,（1）.理想空載轉(zhuǎn)速：電磁轉(zhuǎn)矩T=0,電機空載時有空載阻轉(zhuǎn)矩，n0為“理想”,6,當(dāng) Ua、Ra、If = 常數(shù)時： n

3、 = f (T ), 機械特性,= n0 Te = n0n, 機械特性的硬度,n0,Td,（2）.斜率,7,當(dāng) Ua、Ra、If = 常數(shù)時： n = f (T ), 機械特性,= n0 Te = n0n,一、機械特性,n0,Td, 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,3.堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 n=0,8,調(diào)節(jié)特性：轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系,負載為常數(shù)時的調(diào)節(jié)特性,n,Uao,當(dāng)n=0時,死區(qū),負載越大，始動電壓越大，死區(qū)越大,當(dāng) 時,電機轉(zhuǎn)速始終為零,9,一、脈振磁場的特點,（1）對某一瞬時而言，氣隙各點的磁通密度沿定子內(nèi)圓周做正弦分布；,（2）對氣隙某一點而言，磁通密度隨時間做正弦分布；,一個脈振磁場可以分解成兩 個幅值相等，

4、轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。,第2章 交流伺服電動機,10,設(shè)NK=Nf,當(dāng)兩相對稱電流通入兩相對稱繞組時，會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的磁密在空間按正弦規(guī)律分布，幅值恒定不變，而磁密在空間的位置卻以同步轉(zhuǎn)速ns在旋轉(zhuǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場。,二、圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,兩相不對稱電流產(chǎn)生兩個等速、不等幅、相向 旋轉(zhuǎn)圓形磁動勢。合成橢圓形磁動勢。,11,1. 轉(zhuǎn)向：從通入超前電流的繞組軸線轉(zhuǎn)向通入落后電流的繞組軸線。 2. 幅值：是變化的。 3. 轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速也是ns。 但在一周內(nèi)不均勻，短軸附近快，長軸附近慢。 4. 越接近0或越偏離90o，橢圓度越大。, 三、橢圓旋轉(zhuǎn)磁場的特點,12,(3)將兩

5、個轉(zhuǎn)向一致的圓形旋轉(zhuǎn)磁場合并：,剩下一個與原橢圓磁場轉(zhuǎn)向相反，幅值為,2,1,B+=,(1-),幅值為,B-=,2,1- ,Bfm,Bfm+,Bfm=,13,結(jié)論：一個橢圓旋轉(zhuǎn)磁場可以分解為兩個轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反、幅值不同的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。,磁場的橢圓度越?。丛浇咏?，越接近90），反向旋轉(zhuǎn)磁場就越小，而正向旋轉(zhuǎn)磁場就越大。 磁場橢圓度越大（即接近0，越接近0）， 則反向旋轉(zhuǎn)磁場就越大，正向旋轉(zhuǎn)磁場就越小。 當(dāng)控制繞組中的電流為0，即=0，成為脈振磁場時，正、反向旋轉(zhuǎn)磁場幅值才相等。,14,圖（a）、（b）、（c）為不同轉(zhuǎn)子電阻時，脈振磁場作用下電機的機械特性。圖（c）中sm1，電機不會產(chǎn)生自

6、轉(zhuǎn)現(xiàn)象，當(dāng)控制電壓取消，電機變?yōu)閱蜗噙\行時，電機就立刻產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電機停轉(zhuǎn)。,為了消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，交流伺服電動機單相供電時的機械特性必須如圖（c）所示，顯然這也就要求有相當(dāng)大的轉(zhuǎn)子電阻。,四.零信號時的機械特性和無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象,交流伺服電機的轉(zhuǎn)子電阻做的很高，原因是？,15,. 幅值控制 保持 = 90o 和 Uf = UN，改變 Uk 的大小。 . 相位控制 保持 Uk= Uf = UN ，改變 的大小。 . 幅相控制 同時改變 uk 的大小和相位。 交流伺服電動機的功率和頻率： 0.1 100 W，50Hz 、400Hz 等。,五、 伺服電動機的控制方式,16,第4章 步進電動機,概念問

7、題,1、步進電動機的運行原理。何謂步進角？,步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號 轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機。每來一個 電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移 動一小段距離。,每來一個脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的空間角度，稱為步矩角。,17,2、什么叫反應(yīng)式步進電動機的靜穩(wěn)定及穩(wěn)定平衡點？,理想空載的反應(yīng)式電動機某一相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子失調(diào)角只要不超過180o，一旦外力取消，在T 的作用下，轉(zhuǎn)子將回到初始穩(wěn)定平衡位置。,- 這個區(qū)域就稱為A相通電時的靜穩(wěn)定區(qū)， =0 稱為穩(wěn)定平衡點,18,3、空載時，步進運行的條件是什么？負載時步進運行的條件又是什么？,空載時步進運行的條件是轉(zhuǎn)子每前進一步，最后停留的位置

8、必須在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，即靜穩(wěn)定區(qū)與動穩(wěn)定區(qū)必須要有所重疊。 負載時步進運行的條件有（1）轉(zhuǎn)子每前進一步，最后停留的位置必須在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)；（2）在轉(zhuǎn)子每一步停留的位置上，下一步通電時的轉(zhuǎn)子靜轉(zhuǎn)矩要比負載轉(zhuǎn)矩大。,19,4、怎樣改變步進電動機的轉(zhuǎn)向？,改變通電相序可改變步進電動機的轉(zhuǎn)向。,5、怎樣確定步進電動機的轉(zhuǎn)速大??？它與負載轉(zhuǎn)矩大小有關(guān)系嗎？,轉(zhuǎn)速與頻率成正比與拍數(shù)成反比，與負載大小無關(guān)。,20,計算與分析,1、一臺五相十拍運行的步進電動機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR 48，在A相繞組中測得電流頻率為60HZ ，求： （1）電機的步距角；（2）轉(zhuǎn)速； （3）該電機運行在五相五拍方式時的步距角、轉(zhuǎn)速； （4）設(shè)

9、單相通電時矩角特性為正弦形，其幅值為3Nm，求三相通電時的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax(ABC) 。,（1）,（2）,（3）,21,（4）,22,P267第八題,（1）,A,AB,B,BC,設(shè)通電順序為,C,CD,D,DA,（2）,（3）,23,（4）,24,一臺三相反應(yīng)式步進電動機，采用三相 六拍運行方式，轉(zhuǎn)子齒數(shù) Zr = 40，脈沖電源頻率為 800 Hz。(1) 寫出一個循環(huán)的通電順序；(2) 求電動機的步距 角 b ；(3) 求電動機的轉(zhuǎn)速 n；(4) 求電動機每秒鐘轉(zhuǎn)過 的機械角度 。(5)求三相六拍運行方式下的極限啟動轉(zhuǎn)矩。,解：(1) 因為采用三相六拍運行方式，通電順序為： U UV

10、V VW W WU 或 U UW W WV V VU (2) 三相六拍運行方式時，N = 6，故,(3) 電動機的轉(zhuǎn)速為,25,(4) 每秒鐘轉(zhuǎn)過的機械角度為 = Nib = 8001.5 = 1200,(5)求三相六拍運行方式下的極限啟動轉(zhuǎn)矩。,=0.866Tjm,26,第5章 測速發(fā)電機,（1）直流電勢、電磁轉(zhuǎn)矩,Te = CT Ia,E = CE n,（2）輸出特性,RL1,RL2,若、Ra 和 RL都能保持為常數(shù)，則 ，隨負載電阻的減小，輸出特性的斜率變小，因此負載電阻不宜過小。,補充1,27,（3）直流測速發(fā)電機的電路模型,（4）電刷和換向器的作用？,發(fā)電機：由于電刷和換向器的作用，

11、把電樞繞組內(nèi)部的大小和方向均變化的交流電轉(zhuǎn)換成外部方向不變的直流電。,電動機：由于電刷和換向器的作用，實現(xiàn)了電樞繞組電流的換向，從而產(chǎn)生方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動。,28,（5）直流測速發(fā)電機的誤差及其減小的方法,直流測速發(fā)電機的誤差是由于電樞反應(yīng)、溫度、電刷 接觸電阻、紋波、延遲換向去磁等的影響。,29,1.一臺CY系列直流測速發(fā)電機，額定電樞電壓為110V，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電機回路電阻為50,負載電阻為1000，求（1）電樞電動勢；（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速為1000r/min時的電樞電動勢和輸出電壓。,解,計算與分析,30,交流測速發(fā)電機,1、 交流測速發(fā)電機的工作原理,結(jié)論：

12、 U20 n 。 u20 與 u1同頻率、同相位(或反相）。,31,設(shè)一臺直流電動機原來運行情況為： 電機端電壓Ua=110 V, Ea=90 V， Ra=20 ，Ia=1 A, n=3 000 r/min，若負載轉(zhuǎn)矩不變 (1)如電源電壓降低一半， ， 轉(zhuǎn)速將降低到原來的百分之幾?(2)如果在電樞回路串Rtj=40 ，轉(zhuǎn)速將降低到原來的百分之幾？（3）如果把勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rfj增加，使減小10%，如負載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速如何變化？,解：,（2）因為負載轉(zhuǎn)矩不變 ，所以Ia不變，且也不變,即轉(zhuǎn)速降為原來的56%,32,設(shè)一臺直流電動機原來運行情況為： 電機端電壓Ua=110 V, Ea=90

13、 V， Ra=20 ，Ia=1 A, n=3 000 r/min，若負載轉(zhuǎn)矩不變 (1)如電源電壓降低一半， ， 轉(zhuǎn)速將降低到原來的百分之幾?(2)如果在電樞回路串Rtj=40 ，轉(zhuǎn)速將降低到原來的百分之幾？（3）如果把勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rfj增加，使減小10%，如負載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速如何變化？,解：,（3）因為負載轉(zhuǎn)矩不變 ，但減小，所以Ia應(yīng)增加,即轉(zhuǎn)速增加了8%,33,第6章 自整角機,概念問題,（1）自整角機在控制系統(tǒng)作用是？ 在自動控制系統(tǒng)中，常常需要實現(xiàn)兩系統(tǒng)之間機械轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)角的傳遞。當(dāng)兩系統(tǒng)之間的距離較遠時，機械上的直接連接比較困難，在這種情況下自整角機實現(xiàn)電的聯(lián)系，使機械上不相

14、連接的兩軸或多軸系統(tǒng)之間，能夠自動保持相同的轉(zhuǎn)角變化，實現(xiàn)同步跟隨。,自整角機的分類？定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點，接收機發(fā)送機能否對調(diào)使用？,34,. Bj,(1)畫出自整角變壓器轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)位置； （2）求失調(diào)角,. B,50,. B,50,50,30,新協(xié)調(diào)位置,計算與分析,35,. Bj,. B,50,. B,80,新協(xié)調(diào)位置,80,36,第7章 旋轉(zhuǎn)變壓器,一、正余弦變壓器的工作原理,二、負載后輸出特性的畸變,三、副邊補償?shù)恼嘞易儔浩?四、原邊補償?shù)恼嘞易儔浩?五、原、副邊補償?shù)恼嘞易儔浩?六、線性旋轉(zhuǎn)變壓器,37,計算與分析,4.說明液面位置指示器的工作原理。,38,1、 變壓器的等值電路

15、和相量圖,方框部分反映原副邊的磁耦合，非線性，若能簡化為一個電路等效，可方便分析。,第4章 變壓器,39,二、T 形等效電路,40,等效漏阻抗 或短路阻抗,三、近似和簡化等效電路,當(dāng)二次側(cè)短路時，即Z L= 0，變壓器的短路阻抗就是等效漏 阻抗 ， RS 即為短路電阻，XS 為短路電抗， ZS為短路參數(shù)。,41,變壓器的參數(shù)測定,（一）、變壓器的空載試驗,單相變壓器空載試驗接線圖,求鐵損耗 PFe、電壓比 k、勵磁阻抗 Zm。 空載試驗一般在低壓側(cè)進行，高壓繞組作為二 次繞組，輸出端開路。,42,1. 鐵損耗 PFe 空載時： P0 = RmI02R1I02RmI02 PFe = P0 2.

16、勵磁電阻 Rm、勵磁電抗 Xm 和勵磁阻抗 Zm,3. 電壓比 k,若是在低壓側(cè)進行，折算到高壓側(cè)參數(shù) = k2折算到低壓側(cè)參數(shù)。,43,三相變壓器空載試驗接線圖,三相變壓器空載實驗測得電壓和電流都是線值； 所測功率是三相總功率； 用相電壓、相電流和單相功率計算勵磁參數(shù)和 相電壓比。,44,（二）、變壓器的短路試驗,短路試驗一般在高壓側(cè)進行，低壓繞組作為二 次繞組，輸出端短路。為控制短路電流，應(yīng)降低電壓進行。,單相變壓器短路試驗接線圖,45,1. 額定銅損耗 PCuN 短路時： PS = 鐵損耗銅損耗 因 PFe 很?。篜CuN = PS 2. 短路電阻 RS、短路電抗 XS和短路阻抗 ZS,

17、折算到低壓側(cè)參數(shù) = 折算到高壓側(cè)參數(shù) / k2 ；,46,三相變壓器短路試驗接線圖,折算到低壓側(cè)參數(shù) = 折算到高壓側(cè)參數(shù) / k2 ；,對于三相變壓器，用相值進行計算。,3. 阻抗電壓 US,47,【例2】 某三相變壓器，一、二次繞組均為星形 聯(lián)結(jié)，已知額定值為 SN = 100 kVA，U1N/U2N = 6/0.4 kV， fN = 50Hz。在低壓側(cè)做空載試驗，測得額定電壓時的空 載損耗為 P0 = 616 W，空載電流為 I0 = 937 A。在高壓側(cè) 做短路試驗，測得額定電流時的短路損耗為 PS = 2010 W， 短路電壓為額定電壓的 4.3%，試驗時的室溫為 25C， 繞組為

18、銅線。試求 (1) 變壓器每相的勵磁參數(shù)；(2) 變壓 器每一相短路參數(shù)；(3) 勵磁參數(shù)和短路參數(shù)的標幺值。,解：一、二次側(cè)的額定電流為,電壓比為,48,一、二次側(cè)的阻抗基值為,(1) 由空載試驗求得折算到低壓側(cè)的勵磁參數(shù)為,折算到高壓側(cè)的勵磁參數(shù)為,49,(2) 由短路試驗求得折算到高壓側(cè)的短路參數(shù)為,50,如果用折算到低壓側(cè)的數(shù)據(jù)求標幺值，則阻抗基值 為 |Z2b|，得到的結(jié)論將于上述方法結(jié)果完全相同。,(3) 勵磁參數(shù)和短路參數(shù)的標幺值為,51,【例3】 一臺單相變壓器，已知額定值為 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，實驗數(shù)據(jù)見表。試求變壓器近似等效電路參數(shù)。,解：實驗是在高壓側(cè)測量，故所計算的參數(shù)值均以折算到高壓側(cè),短路阻抗,額定電流,所以,I1N =Is,短路電阻,52,【例】 一臺單相變壓器，已知額定值為 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，實驗數(shù)據(jù)見表。試求變壓器近似等效電路參數(shù)。,勵磁阻抗,短路電抗,勵磁電阻,勵磁電抗,53,【例】 一臺單相變壓器，已知額定值為 SN = 600