《控制电机》课件第14章 交轴磁场放大机.ppt
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- 控制电机 控制电机课件第14章 交轴磁场放大机 控制 电机 课件 14 磁场 放大
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1、第14章交轴磁场放大机 第14章交轴磁场放大机 14.1从直流发电机到功率放大器的演变从直流发电机到功率放大器的演变14.2交磁放大机的工作原理交磁放大机的工作原理14.3交磁放大机的空载特性和外特性交磁放大机的空载特性和外特性14.4交磁放大机的技术数据和使用交磁放大机的技术数据和使用小结小结第14章交轴磁场放大机 14.1从直流发电机到功率放大器的演变从直流发电机到功率放大器的演变 交轴磁场放大机又叫做电机放大机,是类属于自动控制系统中的一种旋转式放大元件。它是从直流发电机演变过来的。前述已知道,直流伺服电动机的控制信号是由功率放大器供给的,在小功率控制系统中,放大器是晶体三极管组成的电子
2、放大器,而功率比较大的控制系统就要采用电力电子器件。电力电子器件虽然有体积小和无噪音等优点,但尚存在短时过载能力差,用作直流放大时输出的直流电压有时带有较大的纹波等缺点。目前,有些系统还采用电机作为控制系统的功率放大器,这种电机称为电机放大机。电机放大机有交磁放大机和磁放大器两种,使用中大多采用交磁放大机。第14章交轴磁场放大机 在第2章中所分析的直流发电机,实际上是一个功率放大器,现分析如下。他励直流发电机接线图如图141所示。设用原动机拖动直流发电机,并保持转速不变。直流发电机的励磁绕组作为放大器的输入端,输入直流信号电压为Uf,则产生信号电流为 fffRUI(141)式中,Rf为发电机励
3、磁绕组的电阻。第14章交轴磁场放大机 图141他励直流发电机接线图第14章交轴磁场放大机 当电机空载时,电枢两端的输出电势Ea=Cen,因为电机的转速保持不变,所以 Ea(142)若信号电流If改变,则电机的励磁磁通也随之改变。如果电机的磁路尚未饱和,那么 f 则有 EaIf 即输出电势与输入的信号电流成正比。将输出端接上负载,就会流过电流Ia,此时负载上的电压为 Ua=EaIaRa(143)第14章交轴磁场放大机 输出功率为UaIa。因为输出功率UaIa远大于信号功率UfIf,这就把直流发电机演变成了功率放大器。取这两种功率的额定值之比作为功率放大系数Kp,则 fnfnananPIUIUK(
4、144)式中,UanIan为额定输出功率;UfnIfn为额定信号功率(即额定励磁功率)。一般直流发电机的额定励磁功率约为额定输出功率的1%3%,故功率放大系数Kp约为30110。第14章交轴磁场放大机 这里需要说明的是,功率放大是否违反能量守恒定律呢?不是的。因为发电机的输出功率是由原动机输送给发电机的机械功率转变而来的,是由电机的功率平衡所决定的。亦即励磁功率实际上是控制功率,由它控制输出功率。一般的直流发电机,其功率放大系数还不够高,即不能满足生产实际中功率放大的要求。交磁放大机的实质就是能像多级放大的电子放大器那样在直流电机内部实现两级放大,以下将具体分析其工作原理。第14章交轴磁场放大
5、机 14.2交磁放大机的工作原理交磁放大机的工作原理 交磁放大机的工作原理图如图142所示。图中,定子的磁路与两极直流电机相似,磁极上绕有控制绕组(类似于普通直流电机的励磁绕组)。交磁放大机的电枢和普通直流电机的一样,只是在换向器上多装了一对电刷。通过换向片和几何中性线上的导体相接触的电刷qq称为交轴电刷,即为一般直流电机的一对电刷;通过换向片和磁极轴线上的导体相连接的电刷dd称为直轴电刷,这是在传统直流电机上新增加的一对电刷。第14章交轴磁场放大机 图142交磁放大机的工作原理图第14章交轴磁场放大机 14.2.1交磁放大机的空载运行交磁放大机的空载运行交磁放大机是如何实现两级放大的呢?设电
6、动机带动电枢以恒速n旋转,对控制绕组施加控制信号电压Uk,产生电流Ik,形成磁通k。电枢导体切割磁通k,在电枢导体中便产生切割电势eq,eq的方向如图142中电枢外圈上的、所示。显然,电刷qq引出了同一个极面下所有导体的电势,其刷间电势为 Eq=Cekn因为交轴电刷qq被短路,所以两刷之间便有电流Iq流过,当然各电枢导体中流过相应的支路电流为iq,其方向与电势eq相同。第14章交轴磁场放大机 根据直流发电机基本原理可知,当电枢绕组流过电流时就要产生电枢磁场,iq流过电枢绕组所产生的电枢磁场q可用右手螺旋定则判断,该磁场轴线在交轴方向,如图142中最左侧用q及其箭头方向所示。q称为交轴磁通,该磁
7、通是比较强的。注意到,电枢导体不仅切割直轴磁通k,产生电势eq,而且还同时切割交轴磁通q,产生电势ed,这些电势的方向如图142内圈上的、所示。第14章交轴磁场放大机 需要说明的是,图142内圈不是表示另一个绕组,而是表示电枢导体中的电势ed的方向,亦即每根电枢导体中同时可能存在eq、ed两种电势。由图142可以看出,电势ed在电刷qq之间正、负相互抵消,不能被引出。然而,电刷dd却把电势ed充分引了出来,且在电刷dd间获得最大的电势Ed,在接上负载之后,便向负载输出电流Id,在负载上产生电压降Ud。第14章交轴磁场放大机 值得注意的是,虽然控制信号是微弱的(Eq比较小),但由于电刷qq被短路
8、,电枢回路电阻又很小,则电流Iq就相当大,因而q就足够强,由q产生的Ed及Id、Ud就更大,这样就达到了功率放大的目的。这里因为起放大作用的决定因素是交轴磁场,所以称为交轴磁场电机放大机或简称交磁放大机,在制造厂(或公司)又简称为扩大机。根据上述对交磁放大机工作原理的分析可知,交磁放大机可以看成是两个直流发电机的串级放大,其接线示意图如图143所示。第14章交轴磁场放大机 图143交磁放大机相当于两个直流发电机的串级放大的接线示意图 第14章交轴磁场放大机 将控制电压Uk加到交磁放大机的控制绕组Wk上,产生控制电流Ik和磁通k,在电刷qq间产生交轴电势Eq,这是第级直流发电机。将交轴电刷短路,
9、在电枢绕组(图143中用交轴绕组Wq表示)中流过电流Iq产生磁通q,从而在电刷dd间产生直轴电势Ed,这是第级直流发电机。接着由第级直流发电机向负载供电。经过两级放大,交磁放大机的功率放大系数Kp就比普通的直流发电机大得多,通常该功率放大系数在几百到几万倍的范围内,当然就可以满足实用要求。第14章交轴磁场放大机 14.2.2交磁放大机的负载运行交磁放大机的负载运行 以下分析图142所示的交磁放大机向负载供电的情况。当输出端电刷dd接上负载时,将产生输出电流Id。此时,电枢导体中除了流过电流iq外,还要流过电流id,id的方向和电势ed方向相同。根据右手螺旋定则,可以确定id流过电枢绕组所产生的
10、磁势、磁通的方向,由图142可以看出,它们是在直轴方向,并且其方向恰好与控制绕组磁势、磁通的方向相反,因此它们分别称为直轴去磁磁势Fd和直轴去磁磁通d,如图144所示。显然Fd、d的大小与输出电流Id成正比。直轴去磁磁势Fd相对于控制绕组磁势Fk来说是相当大的,即使输出电流很小时,Fd也几乎全部抵消了Fk,使输出电压Ud降低得接近为0,则放大机也就无法工作了。为了使放大机在负载时能正常工作,必须在放大机中安放补偿绕组,以抵消直轴去磁磁势。第14章交轴磁场放大机 图144具有补偿绕组的交磁放大机接线图 第14章交轴磁场放大机 补偿绕组WB安放在定子磁极表面的若干槽中,其绕组轴线在直轴方向。为了使
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