控制電機總復習

1、總復習,課程主要內容 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. 額定轉速 nN,2.直流電機的額定值,4,3、直流電動機的調速方法,（1）改變Ua；,（2）改變Rtj；,（3）改變；,4、改變直流電動機的轉向的方法,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節(jié)特性,當 Ua、Ra、If = 常數(shù)時： n = f (T ), 機械特性,= n0 Te = n0n,機械特性,n0,Td,（1）.理想空載轉速：電磁轉矩T=0,電機空載時有空載阻轉矩，n0為“理想”,6,當 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 Ua、Ra、If = 常數(shù)時： n = f (T ), 機械特性,= n0 Te = n0n,一、機械特性,n0,Td, 堵轉轉矩,3.堵轉轉矩 n=0,8,調節(jié)特性：轉速隨控制電壓變化的關系,負載為常數(shù)時的調節(jié)特性,n,Uao,當n=0時,死區(qū),負載越大，始動電壓越大，死區(qū)越大,當 時,電機轉速始終為零,9,一、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、轉速相同，轉向相反的圓形旋轉磁場。,第2章 交流伺服電動機,10,設NK=Nf,當兩相對稱電流通入兩相對稱繞組時，會產生一個旋轉磁場，旋轉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速ns在旋轉圓形旋轉磁場。,二、圓形旋轉磁場的產生,兩相不對稱電流產生兩個等速、不等幅、相向 旋轉圓形磁動勢。合成橢圓形磁動勢。,11,1. 轉向：從通入超前電流的繞組軸線轉向通入落后電流的繞組軸線。 2. 幅值：是變化的。 3. 轉速：同步轉速也是ns。 但在一周內不均勻，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、橢圓旋轉磁場的特點,12,(3)將兩

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

6、轉現(xiàn)象，當控制電壓取消，電機變?yōu)閱蜗噙\行時，電機就立刻產生制動轉矩，使電機停轉。,為了消除自轉現(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大的轉子電阻。,四.零信號時的機械特性和無“自轉”現(xiàn)象,交流伺服電機的轉子電阻做的很高，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 轉換成線位移或角位移的電機。每來一個 電脈沖，電機轉動一個角度，帶動機械移 動一小段距離。,每來一個脈沖，轉子轉過的空間角度，稱為步矩角。,17,2、什么叫反應式步進電動機的靜穩(wěn)定及穩(wěn)定平衡點？,理想空載的反應式電動機某一相控制繞組通電時，轉子失調角只要不超過180o，一旦外力取消，在T 的作用下，轉子將回到初始穩(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子每前進一步，最后停留的位置

8、必須在動穩(wěn)定區(qū)內，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）轉子每前進一步，最后停留的位置必須在動穩(wěn)定區(qū)內；（2）在轉子每一步停留的位置上，下一步通電時的轉子靜轉矩要比負載轉矩大。,19,4、怎樣改變步進電動機的轉向？,改變通電相序可改變步進電動機的轉向。,5、怎樣確定步進電動機的轉速大?。克c負載轉矩大小有關系嗎？,轉速與頻率成正比與拍數(shù)成反比，與負載大小無關。,20,計算與分析,1、一臺五相十拍運行的步進電動機，轉子齒數(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）轉速； （3）該電機運行在五相五拍方式時的步距角、轉速； （4）設

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矩Tjmax(ABC) 。,（1）,（2）,（3）,21,（4）,22,P267第八題,（1）,A,AB,B,BC,設通電順序為,C,CD,D,DA,（2）,（3）,23,（4）,24,一臺三相反應式步進電動機，采用三相 六拍運行方式，轉子齒數(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) 求電動機的轉速 n；(4) 求電動機每秒鐘轉過 的機械角度 。(5)求三相六拍運行方式下的極限啟動轉矩。,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) 電動機的轉速為,25,(4) 每秒鐘轉過的機械角度為 = Nib = 8001.5 = 1200,(5)求三相六拍運行方式下的極限啟動轉矩。,=0.866Tjm,26,第5章 測速發(fā)電機,（1）直流電勢、電磁轉矩,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、把電樞繞組內部的大小和方向均變化的交流電轉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，從而產生方向不變的電磁轉矩，使電動機連續(xù)轉動。,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、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）當轉速為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,結論：

12、 U20 n 。 u20 與 u1同頻率、同相位(或反相）。,31,設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，若負載轉矩不變 (1)如電源電壓降低一半， ， 轉速將降低到原來的百分之幾?(2)如果在電樞回路串Rtj=40 ，轉速將降低到原來的百分之幾？（3）如果把勵磁回路的調節(jié)電阻Rfj增加，使減小10%，如負載轉矩不變，問轉速如何變化？,解：,（2）因為負載轉矩不變 ，所以Ia不變，且也不變,即轉速降為原來的56%,32,設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，若負載轉矩不變 (1)如電源電壓降低一半， ， 轉速將降低到原來的百分之幾?(2)如果在電樞回路串Rtj=40 ，轉速將降低到原來的百分之幾？（3）如果把勵磁回路的調節(jié)電阻Rfj增加，使減小10%，如負載轉矩不變，問轉速如何變化？,解：,（3）因為負載轉矩不變 ，但減小，所以Ia應增加,即轉速增加了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)之間機械轉軸上轉角的傳遞。當兩系統(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角變化，實現(xiàn)同步跟隨。,自整角機的分類？定轉子的結構特點，接收機發(fā)送機能否對調使用？,34,. Bj,(1)畫出自整角變壓器轉子的協(xié)調位置； （2）求失調角,. B,50,. B,50,50,30,新協(xié)調位置,計算與分析,35,. Bj,. B,50,. B,80,新協(xié)調位置,80,36,第7章 旋轉變壓器,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,當二次側短路時，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,若是在低壓側進行，折算到高壓側參數(shù) = k2折算到低壓側參數(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、折算到低壓側參數(shù) = 折算到高壓側參數(shù) / k2 ；,46,三相變壓器短路試驗接線圖,折算到低壓側參數(shù) = 折算到高壓側參數(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，已知額定值為 SN = 100 kVA，U1N/U2N = 6/0.4 kV， fN = 50Hz。在低壓側做空載試驗，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 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、二次側的額定電流為,電壓比為,48,一、二次側的阻抗基值為,(1) 由空載試驗求得折算到低壓側的勵磁參數(shù)為,折算到高壓側的勵磁參數(shù)為,49,(2) 由短路試驗求得折算到高壓側的短路參數(shù)為,50,如果用折算到低壓側的數(shù)據求標幺值，則阻抗基值 為 |Z2b|，得到的結論將于上述方法結果完全相同。,(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)據見表。試求變壓器近似等效電路參數(shù)。,解：實驗是在高壓側測量，故所計算的參數(shù)值均以折算到高壓側,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