《控制电机总复习》PPT课件

总复习,课程主要内容 1、直流伺服电动机 2、交流伺服电动机 3、步进电机 4、变压器 5、测速发电机 6、自整角机 7、旋转变压器,2,第1章 直流伺服电动机,1. 电压平衡方程式 励磁电路： Uf = Rf If 电枢电路： Ua = EaRaIa, Ra 电枢绕组总电阻，包括电刷的接触电阻。,Te = CT Ia,电磁转矩 电压平衡方程式,Te = TL = T0T2,3,1. 额定电压 UN 发电机的 UN ：指输出电压的额定值。 电动机的 UN ：指输入电压的额定值。 2. 额定电流 IN 发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。 3. 额定功率 PN 发电机的 PN ：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值(UN INN ) 。 4. 额定转速 nN,2.直流电机的额定值,4,3、直流电动机的调速方法,（1）改变Ua；,（2）改变Rtj；,（3）改变；,4、改变直流电动机的转向的方法,5、使用中必须注意的问题,5,6、直流伺服电动机的机械特性及调节特性,当 Ua、Ra、If = 常数时： n = f (T ), 机械特性,= n0 Te = n0n,机械特性,n0,Td,（1）.理想空载转速：电磁转矩T=0,电机空载时有空载阻转矩，n0为“理想”,6,当 Ua、Ra、If = 常数时： n = f (T ), 机械特性,= n0 Te = n0n, 机械特性的硬度,n0,Td,（2）.斜率,7,当 Ua、Ra、If = 常数时： n = f (T ), 机械特性,= n0 Te = n0n,一、机械特性,n0,Td, 堵转转矩,3.堵转转矩 n=0,8,调节特性：转速随控制电压变化的关系,负载为常数时的调节特性,n,Uao,当n=0时,死区,负载越大，始动电压越大，死区越大,当 时,电机转速始终为零,9,一、脉振磁场的特点,（1）对某一瞬时而言，气隙各点的磁通密度沿定子内圆周做正弦分布；,（2）对气隙某一点而言，磁通密度随时间做正弦分布；,一个脉振磁场可以分解成两 个幅值相等，转速相同，转向相反的圆形旋转磁场。,第2章 交流伺服电动机,10,设NK=Nf,当两相对称电流通入两相对称绕组时，会产生一个旋转磁场，旋转磁场的磁密在空间按正弦规律分布，幅值恒定不变，而磁密在空间的位置却以同步转速ns在旋转圆形旋转磁场。,二、圆形旋转磁场的产生,两相不对称电流产生两个等速、不等幅、相向 旋转圆形磁动势。合成椭圆形磁动势。,11,1. 转向：从通入超前电流的绕组轴线转向通入落后电流的绕组轴线。 2. 幅值：是变化的。 3. 转速：同步转速也是ns。 但在一周内不均匀，短轴附近快，长轴附近慢。 4. 越接近0或越偏离90o，椭圆度越大。, 三、椭圆旋转磁场的特点,12,(3)将两个转向一致的圆形旋转磁场合并：,剩下一个与原椭圆磁场转向相反，幅值为,2,1,B+=,(1-),幅值为,B-=,2,1- ,Bfm,Bfm+,Bfm=,13,结论：一个椭圆旋转磁场可以分解为两个转速相等、转向相反、幅值不同的圆形旋转磁场。,磁场的椭圆度越小（即越接近1，越接近90），反向旋转磁场就越小，而正向旋转磁场就越大。 磁场椭圆度越大（即接近0，越接近0）， 则反向旋转磁场就越大，正向旋转磁场就越小。 当控制绕组中的电流为0，即=0，成为脉振磁场时，正、反向旋转磁场幅值才相等。,14,图（a）、（b）、（c）为不同转子电阻时，脉振磁场作用下电机的机械特性。图（c）中sm1，电机不会产生自转现象，当控制电压取消，电机变为单相运行时，电机就立刻产生制动转矩，使电机停转。,为了消除自转现象，交流伺服电动机单相供电时的机械特性必须如图（c）所示，显然这也就要求有相当大的转子电阻。,四.零信号时的机械特性和无“自转”现象,交流伺服电机的转子电阻做的很高，原因是？,15,. 幅值控制 保持 = 90o 和 Uf = UN，改变 Uk 的大小。 . 相位控制 保持 Uk= Uf = UN ，改变 的大小。 . 幅相控制 同时改变 uk 的大小和相位。 交流伺服电动机的功率和频率： 0.1 100 W，50Hz 、400Hz 等。,五、 伺服电动机的控制方式,16,第4章 步进电动机,概念问题,1、步进电动机的运行原理。何谓步进角？,步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。,每来一个脉冲，转子转过的空间角度，称为步矩角。,17,2、什么叫反应式步进电动机的静稳定及稳定平衡点？,理想空载的反应式电动机某一相控制绕组通电时，转子失调角只要不超过180o，一旦外力取消，在T 的作用下，转子将回到初始稳定平衡位置。,- 这个区域就称为A相通电时的静稳定区， =0 称为稳定平衡点,18,3、空载时，步进运行的条件是什么？负载时步进运行的条件又是什么？,空载时步进运行的条件是转子每前进一步，最后停留的位置必须在动稳定区内，即静稳定区与动稳定区必须要有所重叠。 负载时步进运行的条件有（1）转子每前进一步，最后停留的位置必须在动稳定区内；（2）在转子每一步停留的位置上，下一步通电时的转子静转矩要比负载转矩大。,19,4、怎样改变步进电动机的转向？,改变通电相序可改变步进电动机的转向。,5、怎样确定步进电动机的转速大小？它与负载转矩大小有关系吗？,转速与频率成正比与拍数成反比，与负载大小无关。,20,计算与分析,1、一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数ZR 48，在A相绕组中测得电流频率为60HZ ，求： （1）电机的步距角；（2）转速； （3）该电机运行在五相五拍方式时的步距角、转速； （4）设单相通电时矩角特性为正弦形，其幅值为3Nm，求三相通电时的最大静转矩Tjmax(ABC) 。,（1）,（2）,（3）,21,（4）,22,P267第八题,（1）,A,AB,B,BC,设通电顺序为,C,CD,D,DA,（2）,（3）,23,（4）,24,一台三相反应式步进电动机，采用三相 六拍运行方式，转子齿数 Zr = 40，脉冲电源频率为 800 Hz。(1) 写出一个循环的通电顺序；(2) 求电动机的步距 角 b ；(3) 求电动机的转速 n；(4) 求电动机每秒钟转过 的机械角度 。(5)求三相六拍运行方式下的极限启动转矩。,解：(1) 因为采用三相六拍运行方式，通电顺序为： U UV V VW W WU 或 U UW W WV V VU (2) 三相六拍运行方式时，N = 6，故,(3) 电动机的转速为,25,(4) 每秒钟转过的机械角度为 = Nib = 8001.5 = 1200,(5)求三相六拍运行方式下的极限启动转矩。,=0.866Tjm,26,第5章 测速发电机,（1）直流电势、电磁转矩,Te = CT Ia,E = CE n,（2）输出特性,RL1,RL2,若、Ra 和 RL都能保持为常数，则 ，随负载电阻的减小，输出特性的斜率变小，因此负载电阻不宜过小。,补充1,27,（3）直流测速发电机的电路模型,（4）电刷和换向器的作用？,发电机：由于电刷和换向器的作用，把电枢绕组内部的大小和方向均变化的交流电转换成外部方向不变的直流电。,电动机：由于电刷和换向器的作用，实现了电枢绕组电流的换向，从而产生方向不变的电磁转矩，使电动机连续转动。,28,（5）直流测速发电机的误差及其减小的方法,直流测速发电机的误差是由于电枢反应、温度、电刷 接触电阻、纹波、延迟换向去磁等的影响。,29,1.一台CY系列直流测速发电机，额定电枢电压为110V，额定转速为1500r/min，电机回路电阻为50,负载电阻为1000，求（1）电枢电动势；（2）当转速为1000r/min时的电枢电动势和输出电压。,解,计算与分析,30,交流测速发电机,1、 交流测速发电机的工作原理,结论： U20 n 。 u20 与 u1同频率、同相位(或反相）。,31,设一台直流电动机原来运行情况为： 电机端电压Ua=110 V, Ea=90 V， Ra=20 ，Ia=1 A, n=3 000 r/min，若负载转矩不变 (1)如电源电压降低一半， ， 转速将降低到原来的百分之几?(2)如果在电枢回路串Rtj=40 ，转速将降低到原来的百分之几？（3）如果把励磁回路的调节电阻Rfj增加，使减小10%，如负载转矩不变，问转速如何变化？,解：,（2）因为负载转矩不变 ，所以Ia不变，且也不变,即转速降为原来的56%,32,设一台直流电动机原来运行情况为： 电机端电压Ua=110 V, Ea=90 V， Ra=20 ，Ia=1 A, n=3 000 r/min，若负载转矩不变 (1)如电源电压降低一半， ， 转速将降低到原来的百分之几?(2)如果在电枢回路串Rtj=40 ，转速将降低到原来的百分之几？（3）如果把励磁回路的调节电阻Rfj增加，使减小10%，如负载转矩不变，问转速如何变化？,解：,（3）因为负载转矩不变 ，但减小，所以Ia应增加,即转速增加了8%,33,第6章 自整角机,概念问题,（1）自整角机在控制系统作用是？ 在自动控制系统中，常常需要实现两系统之间机械转轴上转角的传递。当两系统之间的距离较远时，机械上的直接连接比较困难，在这种情况下自整角机实现电的联系，使机械上不相连接的两轴或多轴系统之间，能够自动保持相同的转角变化，实现同步跟随。,自整角机的分类？定转子的结构特点，接收机发送机能否对调使用？,34,. Bj,(1)画出自整角变压器转子的协调位置； （2）求失调角,. B,50,. B,50,50,30,新协调位置,计算与分析,35,. Bj,. B,50,. B,80,新协调位置,80,36,第7章 旋转变压器,一、正余弦变压器的工作原理,二、负载后输出特性的畸变,三、副边补偿的正余弦变压器,四、原边补偿的正余弦变压器,五、原、副边补偿的正余弦变压器,六、线性旋转变压器,37,计算与分析,4.说明液面位置指示器的工作原理。,38,1、 变压器的等值电路和相量图,方框部分反映原副边的磁耦合，非线性，若能简化为一个电路等效，可方便分析。,第4章 变压器,39,二、T 形等效电路,40,等效漏阻抗 或短路阻抗,三、近似和简化等效电路,当二次侧短路时，即Z L= 0，变压器的短路阻抗就是等效漏 阻抗 ， RS 即为短路电阻，XS 为短路电抗， ZS为短路参数。,41,变压器的参数测定,（一）、变压器的空载试验,单相变压器空载试验接线图,求铁损耗 PFe、电压比 k、励磁阻抗 Zm。 空载试验一般在低压侧进行，高压绕组作为二 次绕组，输出端开路。,42,1. 铁损耗 PFe 空载时： P0 = RmI02R1I02RmI02 PFe = P0 2. 励磁电阻 Rm、励磁电抗 Xm 和励磁阻抗 Zm,3. 电压比 k,若是在低压侧进行，折算到高压侧参数 = k2折算到低压侧参数。,43,三相变压器空载试验接线图,三相变压器空载实验测得电压和电流都是线值； 所测功率是三相总功率； 用相电压、相电流和单相功率计算励磁参数和 相电压比。,44,（二）、变压器的短路试验,短路试验一般在高压侧进行，低压绕组作为二 次绕组，输出端短路。为控制短路电流，应降低电压进行。,单相变压器短路试验接线图,45,1. 额定铜损耗 PCuN 短路时： PS = 铁损耗铜损耗 因 PFe 很小：PCuN = PS 2. 短路电阻 RS、短路电抗 XS和短路阻抗 ZS,折算到低压侧参数 = 折算到高压侧参数 / k2 ；,46,三相变压器短路试验接线图,折算到低压侧参数 = 折算到高压侧参数 / k2 ；,对于三相变压器，用相值进行计算。,3. 阻抗电压 US,47,【例2】 某三相变压器，一、二次绕组均为星形 联结，已知额定值为 SN = 100 kVA，U1N/U2N = 6/0.4 kV， fN = 50Hz。在低压侧做空载试验，测得额定电压时的空 载损耗为 P0 = 616 W，空载电流为 I0 = 937 A。在高压侧 做短路试验，测得额定电流时的短路损耗为 PS = 2010 W， 短路电压为额定电压的 4.3%，试验时的室温为 25C， 绕组为铜线。试求 (1) 变压器每相的励磁参数；(2) 变压 器每一相短路参数；(3) 励磁参数和短路参数的标幺值。,解：一、二次侧的额定电流为,电压比为,48,一、二次侧的阻抗基值为,(1) 由空载试验求得折算到低压侧的励磁参数为,折算到高压侧的励磁参数为,49,(2) 由短路试验求得折算到高压侧的短路参数为,50,如果用折算到低压侧的数据求标幺值，则阻抗基值 为 |Z2b|，得到的结论将于上述方法结果完全相同。,(3) 励磁参数和短路参数的标幺值为,51,【例3】 一台单相变压器，已知额定值为 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，实验数据见表。试求变压器近似等效电路参数。,解：实验是在高压侧测量，故所计算的参数值均以折算到高压侧,短路阻抗,额定电流,所以,I1N =Is,短路电阻,52,【例】 一台单相变压器，已知额定值为 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，实验数据见表。试求变压器近似等效电路参数。,励磁阻抗,短路电抗,励磁电阻,励磁电抗,53,【例】 一台单相变压器，已知额定值为 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，实验数据见表。试求变压器近似等效电路参数。,一次侧阻抗基值,短路阻抗标幺值,短路电阻标幺值,短路电抗标幺值,54,【例】 一台单相变压器，已知额定值为 SN = 600 kVA，U1N/U2N = 35/6.3 kV，实验数据见表。试求变压器近似等效电路参数。,一次侧阻抗基值,励磁阻抗标幺值,励磁电阻标幺值,励磁电抗标幺值,如果用折算到低压侧的数据求标幺值，则阻抗基值 为 |Z2b|，得到的结论将于上述方法结果完全相同。,55,电压调整率,变压器的效率特性, = 100%,S2Ncos2 S2Ncos2P0 2PS,补充：4、5,