控制電機(jī)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(dòng)機(jī) 2、交流伺服電動(dòng)機(jī) 3、步進(jìn)電機(jī) 4、變壓器 5、測(cè)速發(fā)電機(jī) 6、自整角機(jī) 7、旋轉(zhuǎn)變壓器,2,第1章 直流伺服電動(dòng)機(jī),1. 電壓平衡方程式 勵(lì)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(jī)的 UN ：指輸出電壓的額定值。 電動(dòng)機(jī)的 UN ：指輸入電壓的額定值。 2. 額定電流 IN 發(fā)電機(jī)的 IN ：指輸出電流的額定值。 電動(dòng)機(jī)的 IN ：指輸入電流的額定值。 3. 額定功率

2、 PN 發(fā)電機(jī)的 PN ：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動(dòng)機(jī)的 PN ：指輸出機(jī)械功率的額定值(UN INN ) 。 4. 額定轉(zhuǎn)速 nN,2.直流電機(jī)的額定值,4,3、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法,（1）改變Ua；,（2）改變Rtj；,（3）改變；,4、改變直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性,當(dāng) Ua、Ra、If = 常數(shù)時(shí)： n = f (T ), 機(jī)械特性,= n0 Te = n0n,機(jī)械特性,n0,Td,（1）.理想空載轉(zhuǎn)速：電磁轉(zhuǎn)矩T=0,電機(jī)空載時(shí)有空載阻轉(zhuǎn)矩，n0為“理想”,6,當(dāng) Ua、Ra、If = 常數(shù)時(shí)： n

3、 = f (T ), 機(jī)械特性,= n0 Te = n0n, 機(jī)械特性的硬度,n0,Td,（2）.斜率,7,當(dāng) Ua、Ra、If = 常數(shù)時(shí)： n = f (T ), 機(jī)械特性,= n0 Te = n0n,一、機(jī)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(fù)載為常數(shù)時(shí)的調(diào)節(jié)特性,n,Uao,當(dāng)n=0時(shí),死區(qū),負(fù)載越大，始動(dòng)電壓越大，死區(qū)越大,當(dāng) 時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速始終為零,9,一、脈振磁場(chǎng)的特點(diǎn),（1）對(duì)某一瞬時(shí)而言，氣隙各點(diǎn)的磁通密度沿定子內(nèi)圓周做正弦分布；,（2）對(duì)氣隙某一點(diǎn)而言，磁通密度隨時(shí)間做正弦分布；,一個(gè)脈振磁場(chǎng)可以分解成兩 個(gè)幅值相等，

4、轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,第2章 交流伺服電動(dòng)機(jī),10,設(shè)NK=Nf,當(dāng)兩相對(duì)稱電流通入兩相對(duì)稱繞組時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)。,二、圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生,兩相不對(duì)稱電流產(chǎn)生兩個(gè)等速、不等幅、相向 旋轉(zhuǎn)圓形磁動(dòng)勢(shì)。合成橢圓形磁動(dòng)勢(shì)。,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(chǎng)的特點(diǎn),12,(3)將兩

5、個(gè)轉(zhuǎn)向一致的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合并：,剩下一個(gè)與原橢圓磁場(chǎng)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(gè)橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反、幅值不同的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,磁場(chǎng)的橢圓度越?。丛浇咏?，越接近90），反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就越小，而正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就越大。 磁場(chǎng)橢圓度越大（即接近0，越接近0）， 則反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就越大，正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就越小。 當(dāng)控制繞組中的電流為0，即=0，成為脈振磁場(chǎng)時(shí)，正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)幅值才相等。,14,圖（a）、（b）、（c）為不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)，脈振磁場(chǎng)作用下電機(jī)的機(jī)械特性。圖（c）中sm1，電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生自

6、轉(zhuǎn)現(xiàn)象，當(dāng)控制電壓取消，電機(jī)變?yōu)閱蜗噙\(yùn)行時(shí)，電機(jī)就立刻產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。,為了消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，交流伺服電動(dòng)機(jī)單相供電時(shí)的機(jī)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(hào)時(shí)的機(jī)械特性和無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象,交流伺服電機(jī)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(shí)改變 uk 的大小和相位。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的功率和頻率： 0.1 100 W，50Hz 、400Hz 等。,五、 伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式,16,第4章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī),概念問

7、題,1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理。何謂步進(jìn)角？,步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號(hào) 轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個(gè) 電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移 動(dòng)一小段距離。,每來一個(gè)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜穩(wěn)定及穩(wěn)定平衡點(diǎn)？,理想空載的反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)某一相控制繞組通電時(shí)，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(gè)區(qū)域就稱為A相通電時(shí)的靜穩(wěn)定區(qū)， =0 稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn),18,3、空載時(shí)，步進(jìn)運(yùn)行的條件是什么？負(fù)載時(shí)步進(jìn)運(yùn)行的條件又是什么？,空載時(shí)步進(jìn)運(yùn)行的條件是轉(zhuǎn)子每前進(jìn)一步，最后停留的位置

8、必須在動(dòng)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，即靜穩(wěn)定區(qū)與動(dòng)穩(wěn)定區(qū)必須要有所重疊。 負(fù)載時(shí)步進(jìn)運(yùn)行的條件有（1）轉(zhuǎn)子每前進(jìn)一步，最后停留的位置必須在動(dòng)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(shí)的轉(zhuǎn)子靜轉(zhuǎn)矩要比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大。,19,4、怎樣改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向？,改變通電相序可改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。,5、怎樣確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小？它與負(fù)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(fù)載大小無關(guān)。,20,計(jì)算與分析,1、一臺(tái)五相十拍運(yùn)行的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR 48，在A相繞組中測(cè)得電流頻率為60HZ ，求： （1）電機(jī)的步距角；（2）轉(zhuǎn)速； （3）該電機(jī)運(yùn)行在五相五拍方式時(shí)的步距角、轉(zhuǎn)速； （4）設(shè)

9、單相通電時(shí)矩角特性為正弦形，其幅值為3Nm，求三相通電時(shí)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?yàn)?C,CD,D,DA,（2）,（3）,23,（4）,24,一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，采用三相 六拍運(yùn)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(gè)循環(huán)的通電順序；(2) 求電動(dòng)機(jī)的步距 角 b ；(3) 求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n；(4) 求電動(dòng)機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)過 的機(jī)械角度 。(5)求三相六拍運(yùn)行方式下的極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,解：(1) 因?yàn)椴捎萌嗔倪\(yùn)行方式，通電順序?yàn)椋?U UV

10、V VW W WU 或 U UW W WV V VU (2) 三相六拍運(yùn)行方式時(shí)，N = 6，故,(3) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為,25,(4) 每秒鐘轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度為 = Nib = 8001.5 = 1200,(5)求三相六拍運(yùn)行方式下的極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,=0.866Tjm,26,第5章 測(cè)速發(fā)電機(jī),（1）直流電勢(shì)、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(fù)載電阻的減小，輸出特性的斜率變小，因此負(fù)載電阻不宜過小。,補(bǔ)充1,27,（3）直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的電路模型,（4）電刷和換向器的作用？,發(fā)電機(jī)：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(dòng)機(jī)：由于電刷和換向器的作用，實(shí)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(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。,28,（5）直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小的方法,直流測(cè)速發(fā)電機(jī)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(tái)CY系列直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，額定電樞電壓為110V，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電機(jī)回路電阻為50,負(fù)載電阻為1000，求（1）電樞電動(dòng)勢(shì)；（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)的電樞電動(dòng)勢(shì)和輸出電壓。,解,計(jì)算與分析,30,交流測(cè)速發(fā)電機(jī),1、 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)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(tái)直流電動(dòng)機(jī)原來運(yùn)行情況為： 電機(jī)端電壓Ua=110 V, Ea=90 V， Ra=20 ，Ia=1 A, n=3 000 r/min，若負(fù)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(lì)磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rfj增加，使減小10%，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速如何變化？,解：,（2）因?yàn)樨?fù)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(tái)直流電動(dòng)機(jī)原來運(yùn)行情況為： 電機(jī)端電壓Ua=110 V, Ea=90

13、 V， Ra=20 ，Ia=1 A, n=3 000 r/min，若負(fù)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(lì)磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rfj增加，使減小10%，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速如何變化？,解：,（3）因?yàn)樨?fù)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(jī),概念問題,（1）自整角機(jī)在控制系統(tǒng)作用是？ 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常常需要實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)之間機(jī)械轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)角的傳遞。當(dāng)兩系統(tǒng)之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，機(jī)械上的直接連接比較困難，在這種情況下自整角機(jī)實(shí)現(xiàn)電的聯(lián)系，使機(jī)械上不相

14、連接的兩軸或多軸系統(tǒng)之間，能夠自動(dòng)保持相同的轉(zhuǎn)角變化，實(shí)現(xiàn)同步跟隨。,自整角機(jī)的分類？定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，接收機(jī)發(fā)送機(jī)能否對(duì)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(jì)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(fù)載后輸出特性的畸變,三、副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞易儔浩?四、原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞易儔浩?五、原、副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞易儔浩?六、線性旋轉(zhuǎn)變壓器,37,計(jì)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(gè)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(shí)，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(cè)定,（一）、變壓器的空載試驗(yàn),單相變壓器空載試驗(yàn)接線圖,求鐵損耗 PFe、電壓比 k、勵(lì)磁阻抗 Zm。 空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)進(jìn)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(shí)： P0 = RmI02R1I02RmI02 PFe = P0 2.

16、勵(lì)磁電阻 Rm、勵(lì)磁電抗 Xm 和勵(lì)磁阻抗 Zm,3. 電壓比 k,若是在低壓側(cè)進(jìn)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(yàn)接線圖,三相變壓器空載實(shí)驗(yàn)測(cè)得電壓和電流都是線值； 所測(cè)功率是三相總功率； 用相電壓、相電流和單相功率計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)和 相電壓比。,44,（二）、變壓器的短路試驗(yàn),短路試驗(yàn)一般在高壓側(cè)進(jìn)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(jìn)行。,單相變壓器短路試驗(yàn)接線圖,45,1. 額定銅損耗 PCuN 短路時(shí)： 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(yàn)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(duì)于三相變壓器，用相值進(jìn)行計(jì)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(yàn)，測(cè)得額定電壓時(shí)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(yàn)，測(cè)得額定電流時(shí)的短路損耗為 PS = 2010 W， 短路電壓為額定電壓的 4.3%，試驗(yàn)時(shí)的室溫為 25C， 繞組為

18、銅線。試求 (1) 變壓器每相的勵(lì)磁參數(shù)；(2) 變壓 器每一相短路參數(shù)；(3) 勵(lì)磁參數(shù)和短路參數(shù)的標(biāo)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(yàn)求得折算到低壓側(cè)的勵(lì)磁參數(shù)為,折算到高壓側(cè)的勵(lì)磁參數(shù)為,49,(2) 由短路試驗(yàn)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(biāo)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(lì)磁參數(shù)和短路參數(shù)的標(biāo)幺值為,51,【例3】 一臺(tái)單相變壓器，已知額定值為 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表。試求變壓器近似等效電路參數(shù)。,解：實(shí)驗(yàn)是在高壓側(cè)測(cè)量，故所計(jì)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(tái)單相變壓器，已知額定值為 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表。試求變壓器近似等效電路參數(shù)。,勵(lì)磁阻抗,短路電抗,勵(lì)磁電阻,勵(lì)磁電抗,53,【例】 一臺(tái)單相變壓器，已知額定值為 SN = 600