第02章-自整角機(jī)

1、-1-,,第二章 自整角機(jī),,控制電機(jī),,第一節(jié) 力矩式自整角機(jī),第二節(jié) 控制式自整角機(jī),第三節(jié) 差動(dòng)式自整角機(jī)*,第四節(jié) 自整角機(jī)的選用,-2-,,自整角機(jī)是用于同步隨動(dòng)系統(tǒng)中的一種特種電機(jī)，它通過(guò)電的方式在兩個(gè)或兩個(gè)以上無(wú)機(jī)械聯(lián)系的轉(zhuǎn)軸之間傳遞角位移或使之同步旋轉(zhuǎn)，因此也稱為“電軸”，在同步聯(lián)絡(luò)裝置和遙控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。自整角機(jī)主要由發(fā)送機(jī)和接收機(jī)兩部分組成，發(fā)送機(jī)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)角信號(hào)的發(fā)送，接收機(jī)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)角信號(hào)的接收或電壓信號(hào)

2、的輸出。,,第二章 自整角機(jī),,-3-,,自整角機(jī)按其功能可分為力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)。力矩式自整角機(jī)通常用于角度傳輸?shù)闹甘鞠到y(tǒng)，即同步傳遞角位移或同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，也就是小功率同步隨動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間有失調(diào)角產(chǎn)生時(shí)，接收機(jī)轉(zhuǎn)子在整步轉(zhuǎn)矩的作用下旋轉(zhuǎn)，并減小失調(diào)角，直至失調(diào)角為零。由于力矩式自整角機(jī)為開環(huán)系統(tǒng)，無(wú)力矩放大作用，負(fù)載能力較低，適用于負(fù)載較輕及精度要求不高的遠(yuǎn)距離隨動(dòng)系統(tǒng)。,,第二章 自整角機(jī),,-4-,,控制

3、式自整角機(jī)主要用于由自整角機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的隨動(dòng)系統(tǒng)，其接收機(jī)不直接帶負(fù)載，即不輸出力矩。當(dāng)發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間有失調(diào)角產(chǎn)生時(shí)，接收機(jī)轉(zhuǎn)子將輸出一個(gè)與失調(diào)角成正弦函數(shù)關(guān)系的電壓，該電壓經(jīng)放大器放大后控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電動(dòng)機(jī)又帶動(dòng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使失調(diào)角減小，直至為零。這樣構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，其負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力取決于伺服電動(dòng)機(jī)的容量，所以能帶動(dòng)較大的負(fù)載，并且精度較高。,,第二章 自整角機(jī),,-5-,,第一節(jié) 力矩式自整角機(jī)一、三相力

4、矩式自整角機(jī),,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-6-,,根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)的基本理論，發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩分別為,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-1）,,,,,,,,,,,,,-7-,,根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩的基本概念，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩為正時(shí)，其方向是使轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；而當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)時(shí)，其方向是使轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，TF 和TJ 都是傾向于使δ=0。 如果只有接收機(jī)的轉(zhuǎn)子可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)， 它將沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

5、的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至δ=0 。如果發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子不停地旋轉(zhuǎn)，則接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也將以同樣的速度不停地旋轉(zhuǎn)。,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-8-,,在圖2-1中，如果發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)δ角度，同理可知接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也將逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)δ角度?？傊徽摪l(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子是順著磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)還是逆著磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子總是追隨發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子一起運(yùn)動(dòng)，兩者之間具有同步旋轉(zhuǎn)的能力。,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-9-,,二、單相力矩式自整角機(jī)

6、,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F+組成一對(duì)三相自整角機(jī)，而發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F-也組成一對(duì)三相自整角機(jī)。,-10-,,,,,,,,,,,三、整步轉(zhuǎn)矩的分析 為分析方便，先作如下假定： (1) 氣隙磁場(chǎng)按正弦規(guī)律分布，即不計(jì)空間高次諧波的影響。 (2) 磁路是線性的，即不計(jì)鐵心的磁飽和效應(yīng)。 (3) 不考慮整步繞組磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)

7、磁繞組磁動(dòng)勢(shì)的影響，即不計(jì)電樞反應(yīng)的影響。 這樣就可以忽略磁動(dòng)勢(shì)和電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波，并應(yīng)用疊加原理和矢量運(yùn)算進(jìn)行分析。,第二章 自整角機(jī),-11-,,,,,,,,,,,1. 整步繞組的電動(dòng)勢(shì)和電流 當(dāng)自整角機(jī)的勵(lì)磁繞組接通交流電源后，在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)氣隙中都將產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)，該脈振磁場(chǎng)在兩機(jī)整步繞組中感應(yīng)出在時(shí)間上同相位的電動(dòng)勢(shì)，其有效值分別表示為,,,,第二章 自整角機(jī),,,,整步繞組中一相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大有效

8、值,-12-,,,,,,,,由于發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的整步繞組對(duì)應(yīng)連接，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向彼此相反，因此各相回路合成電動(dòng)勢(shì)的有效值分別為,,,第二章 自整角機(jī),,-13-,,,,,,,,設(shè)整步繞組每相的等效阻抗為Z，則各相回路電流的有效值分別為,,第二章 自整角機(jī),,由上式可知，無(wú)論失調(diào)角δ為何值，三相整步繞組中的電流總和始終為零， 所以整步繞組間可以不接中線。,-14-,,,,,,,,2. 整步繞組的磁動(dòng)勢(shì) 當(dāng)整步繞組中有電流通過(guò)時(shí)

9、，將產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)。雖然整步繞組是三相對(duì)稱繞組，但通過(guò)的電流在時(shí)間上同相位，并非三相對(duì)稱電流，所以整步繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)該是空間的脈振磁動(dòng)勢(shì)。,,第二章 自整角機(jī),,-15-,,,,,,,,先分析發(fā)送機(jī)整步繞組的磁動(dòng)勢(shì)，當(dāng)不計(jì)高次諧波時(shí)，每相基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為,,第二章 自整角機(jī),,,,-16-,,,,,,,,為了求取合成磁動(dòng)勢(shì)，可以將整步繞組的三個(gè)空間脈振磁動(dòng)勢(shì)分解為直軸分量和交軸分量。,,第二章 自整角機(jī),-17-,,,,,,,,各相脈

10、振磁動(dòng)勢(shì)直軸分量之和（直軸磁動(dòng)勢(shì)）為,,第二章 自整角機(jī),,各相脈振磁動(dòng)勢(shì)交軸分量之和（交軸磁動(dòng)勢(shì)）為,,（2-7）,（2-8）,-18-,,,,,,,,所以，合成磁動(dòng)勢(shì)為,,第二章 自整角機(jī),,,,合成磁動(dòng)勢(shì)與交軸間的夾角為,,（2-9）,（2-10）,-19-,,,,,,,,對(duì)于接收機(jī)整步繞組，由于其各相電流的大小與發(fā)送機(jī)整步繞組的相同，而方向相反，同理可得其直、交軸磁動(dòng)勢(shì),,第二章 自整角機(jī),,,（2-11）,-20-,,,,,,

11、,,合成磁動(dòng)勢(shì)為,,第二章 自整角機(jī),,,,合成磁動(dòng)勢(shì)與交軸間的夾角為,,,,（2-12）,（2-13）,-21-,,,,,,,,綜合以上分析可知： (1) 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組各自的直軸磁動(dòng)勢(shì)、交軸磁動(dòng)勢(shì)以及合成磁動(dòng)勢(shì)的大小，與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的位置角無(wú)關(guān)，僅為失調(diào)角δ的函數(shù)。 (2) 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組的直軸磁動(dòng)勢(shì)均為負(fù)值，說(shuō)明直軸電樞反應(yīng)為去磁性質(zhì)。 一般失調(diào)角δ很小，直軸磁動(dòng)勢(shì)也很小，其作用可以忽略不計(jì)。,

12、,第二章 自整角機(jī),,-22-,,,,,,,,(3) 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組的直軸磁動(dòng)勢(shì)大小相等，方向相同；而交軸磁動(dòng)勢(shì)大小相等，方向相反。這樣，當(dāng)發(fā)送機(jī)的合成磁動(dòng)勢(shì)在空間轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)，接收機(jī)的合成磁動(dòng)勢(shì)將按反方向轉(zhuǎn)過(guò)同樣的角度。 (4) 當(dāng)失調(diào)角δ很小時(shí)，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)基本上與交軸重合，所以嚴(yán)格說(shuō)來(lái)， 式（2-5）中整步繞組的每相等效阻抗Z 應(yīng)該是交軸阻抗 Zq。,,第二章 自整角機(jī),,-23-,,,,

13、,,,,3. 整步轉(zhuǎn)矩 根據(jù)前面整步繞組磁動(dòng)勢(shì)的分析，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組的直、交軸電流分別為,,第二章 自整角機(jī),,,,（2-14）,（2-15）,-24-,,直軸電流在交軸磁通的作用下將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，同樣交軸電流在直軸磁通的作用下也將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)左手定則可以判斷兩者的方向是一致的，所以力矩式自整角機(jī)發(fā)送機(jī)或接收機(jī)轉(zhuǎn)子上總的電磁整步轉(zhuǎn)矩為,,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-16）,,轉(zhuǎn)矩系數(shù),,,,δ很小

14、,,（2-17）,-25-,,直軸磁通和交軸磁動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系如圖2-5所示，因此上式可以寫為,,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-18）,-26-,,因?yàn)檎嚼@組的直軸電流Id很小，可以認(rèn)為直軸磁通完全由勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生。若不計(jì)勵(lì)磁繞組的漏阻抗，應(yīng)有,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,由式（2-14）或式（2-15）可知，,,,,,（2-19）,（2-20）,（2-21）,-27-,,根據(jù)圖2-5所示的相位關(guān)系，,,,,,,

15、,,,第二章 自整角機(jī),,考慮式（2-19）、式（2-21）和式（2-22）的關(guān)系，由式（2-18）可得,,（2-22）,（2-23）,-28-,,應(yīng)該注意，上述分析并未特指發(fā)送機(jī)或接收機(jī)。電磁整步轉(zhuǎn)矩主要由直軸磁通和交軸磁動(dòng)勢(shì)相互作用而產(chǎn)生，直軸磁通由勵(lì)磁繞組確定，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的交軸磁動(dòng)勢(shì)和大小相等而方向相反，所以它們的電磁整步轉(zhuǎn)矩也是大小相等，方向相反。 假如發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子在外力作用下，沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，那么

16、發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子將受到逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩作用，力圖使轉(zhuǎn)子保持原有位置；而接收機(jī)的轉(zhuǎn)子將受到順時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩作用，轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，使失調(diào)角逐漸減小，直至達(dá)到協(xié)調(diào)位置。,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-29-,,因?yàn)榱厥阶哉菣C(jī)的定子或轉(zhuǎn)子常采用凸極結(jié)構(gòu)，對(duì)脈振磁場(chǎng)而言，其直、交軸磁路的磁阻不一樣，將產(chǎn)生所謂的磁阻轉(zhuǎn)矩。類似電機(jī)學(xué)凸極同步電機(jī)的分析，這個(gè)磁阻整步轉(zhuǎn)矩應(yīng)為,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-24）,-30-

17、,,這樣，力矩式自整角機(jī)總的整步轉(zhuǎn)矩為,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-25）,,-31-,,第二節(jié) 控制式自整角機(jī),,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-32-,,1. 發(fā)送機(jī)整步繞組的電動(dòng)勢(shì)和電流 當(dāng)發(fā)送機(jī)的勵(lì)磁繞組接通交流電源后，在發(fā)送機(jī)氣隙中將產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)，該脈振磁場(chǎng)在發(fā)送機(jī)整步繞組中感應(yīng)出在時(shí)間上同相位的電動(dòng)勢(shì)，其有效值表示為,,,,,,,,,,（2-26）,第二章 自整角機(jī),,,整步繞組中一相感應(yīng)電動(dòng)

18、勢(shì)的最大有效值,-33-,,設(shè)整步繞組每相的等效阻抗為Z，則各相回路電流的有效值分別為,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-27）,,-34-,,2. 接收機(jī)整步繞組的磁動(dòng)勢(shì) 當(dāng)接收機(jī)整步繞組中有電流通過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生空間脈振磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)不計(jì)高次諧波時(shí)，每相基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-28）,,,-35-,為了求取合成磁動(dòng)勢(shì)，可以將整步繞組的三個(gè)空間脈振磁動(dòng)勢(shì)分解為直軸分量和交軸分量，再進(jìn)行

19、合成，如圖2-8所示。,第二章 自整角機(jī),-36-,直軸磁動(dòng)勢(shì),（2-29）,第二章 自整角機(jī),,-37-,交軸磁動(dòng)勢(shì),（2-30）,第二章 自整角機(jī),,,-38-,合成磁動(dòng)勢(shì),（2-31）,第二章 自整角機(jī),,,,合成磁動(dòng)勢(shì)與接收機(jī)直軸間的夾角,,（2-32）,合成磁動(dòng)勢(shì)FJ的方向就是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的軸線方向,,-39-,綜合以上分析可知： (1) 接收機(jī)整步繞組直軸磁動(dòng)勢(shì)FJd、交軸磁動(dòng)勢(shì)FJq的大小，與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的位置角

20、無(wú)關(guān)，僅為失調(diào)角δ的函數(shù)。 (2) 接收機(jī)三相整步繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)FJ是脈振磁動(dòng)勢(shì)，其大小是單相基波磁動(dòng)勢(shì)幅值的3/2倍，并且與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的位置角以及失調(diào)角δ無(wú)關(guān)。 (3) 在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組空間位置一致的情況下，接收機(jī)整步繞組合成磁動(dòng)勢(shì)FJ的空間位置總是與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的空間位置相一致。,第二章 自整角機(jī),-40-,3. 接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓 接收機(jī)整步繞組的直軸磁動(dòng)勢(shì)和交軸磁動(dòng)勢(shì)均為空間的脈振磁動(dòng)勢(shì)

21、，它們將分別產(chǎn)生直軸脈振磁場(chǎng)和交軸脈振磁場(chǎng)，即,第二章 自整角機(jī),,（2-33）,,隱極結(jié)構(gòu),,-41-,直軸脈振磁場(chǎng)的方向與轉(zhuǎn)子輸出繞組的軸線方向一致，將在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)不計(jì)高次諧波磁場(chǎng)的影響時(shí)，其輸出電壓的有效值為,第二章 自整角機(jī),,（2-34）,,,,輸出電壓的最大有效值,-42-,由式（2-34）可知，輸出電壓U2為失調(diào)角δ的余弦函數(shù)， 這種余弦函數(shù)關(guān)系在實(shí)際使用時(shí)會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。因?yàn)殡S動(dòng)系統(tǒng)總是希望當(dāng)失調(diào)角為

22、零時(shí)，輸出電壓也為零。只有存在失調(diào)角時(shí)，才有輸出電壓。現(xiàn)在卻正好相反，當(dāng)失調(diào)角為零時(shí)，輸出電壓最大。另外，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子由協(xié)調(diào)位置向不同方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，失調(diào)角應(yīng)有正、負(fù)之分，但是由于 ，根據(jù)輸出電壓無(wú)法判斷轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)方向。,第二章 自整角機(jī),,-43-,為了解決上述問(wèn)題，可以預(yù)先把轉(zhuǎn)子由協(xié)調(diào)位置轉(zhuǎn)動(dòng)90º電角度，即取輸出電壓為零時(shí)的轉(zhuǎn)子位置作為起始位置。此時(shí)的輸出電壓為,第二章 自整角機(jī),,（2-35）,-44

23、-,,綜上所述， 當(dāng)控制式自整角機(jī)的發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的轉(zhuǎn)子偏離協(xié)調(diào)位置，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并輸出一定大小的電壓，該電壓經(jīng)放大器放大后，給伺服電動(dòng)機(jī)供電，帶動(dòng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子及負(fù)載一起旋轉(zhuǎn)，使失調(diào)角和輸出電壓逐漸減小，直至協(xié)調(diào)位置。如果發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則接收機(jī)的轉(zhuǎn)子及負(fù)載也將連續(xù)地同步旋轉(zhuǎn)。,,,,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-45-,,第三節(jié) 差動(dòng)式自整角機(jī)* 在隨動(dòng)系統(tǒng)中，有時(shí)可以用

24、兩臺(tái)發(fā)送機(jī)來(lái)控制一臺(tái)接收機(jī)，以傳遞兩個(gè)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的和或差，這時(shí)所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為差動(dòng)式自整角機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心是一臺(tái)差動(dòng)接收機(jī)或差動(dòng)發(fā)送機(jī)，按功能又可分為力矩式差動(dòng)接收機(jī)、力矩式差動(dòng)發(fā)送機(jī)和控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)，它們的定、轉(zhuǎn)子一般都采用三相對(duì)稱的交流繞組結(jié)構(gòu)，下面分別簡(jiǎn)要介紹其工作原理。,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-46-,,一、力矩式差動(dòng)接收機(jī),,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-47-,,當(dāng)要求自整角機(jī)所指示的角度為兩個(gè)

25、已知轉(zhuǎn)角的和或差時(shí)，可以在兩臺(tái)力矩式自整角發(fā)送機(jī)之間接入一臺(tái)力矩式差動(dòng)接收機(jī)，如圖2-10所示。 這里實(shí)際上存在并列的兩套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)。 在差動(dòng)接收機(jī)定、 轉(zhuǎn)子繞組軸線位置一致的情況下，其定子繞組和第一臺(tái)發(fā)送機(jī)就構(gòu)成了一套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子繞組和第二臺(tái)發(fā)送機(jī)則構(gòu)成另一套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)。,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-48-,,第一臺(tái)發(fā)送機(jī)將在差動(dòng)接收機(jī)的定子繞組中產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)Fs，其空間位置與第

26、一臺(tái)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的空間位置相對(duì)應(yīng)，即空間位置角為δs； 第二臺(tái)發(fā)送機(jī)將在差動(dòng)接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)FR，其空間位置與第二臺(tái)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的空間位置相對(duì)應(yīng)，即空間位置角為δR。定、轉(zhuǎn)子合成磁動(dòng)勢(shì)之間的角度為,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,（2-36）,-49-,,當(dāng)兩臺(tái)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子按同方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，上式取“-”號(hào)；按反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，上式取“+”號(hào)。 因?yàn)椴顒?dòng)接收機(jī)定、轉(zhuǎn)子合成磁動(dòng)勢(shì)之間存在空間角差δ， 在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，

27、接收機(jī)轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過(guò)δ角，使定、轉(zhuǎn)子的合成磁動(dòng)勢(shì)在空間趨于一致。這樣，接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度就指示了兩臺(tái)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子空間轉(zhuǎn)角的和或差。,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,-50-,,二、力矩式差動(dòng)發(fā)送機(jī),,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-51-,,當(dāng)要求自整角機(jī)所指示的角度為兩個(gè)已知轉(zhuǎn)角的和或差時(shí)，也可以在力矩式自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間接入一臺(tái)力矩式差動(dòng)發(fā)送機(jī)，如圖2-11所示。 這里實(shí)際上存在串列的一套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)和一套力矩

28、式自整角機(jī)系統(tǒng)。,,,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-52-,,在差動(dòng)發(fā)送機(jī)定、 轉(zhuǎn)子繞組軸線位置一致的情況下，其定子繞組和力矩式發(fā)送機(jī)就構(gòu)成了一套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)。按照第二節(jié)關(guān)于控制式自整角機(jī)整步繞組磁動(dòng)勢(shì)的分析，力矩式發(fā)送機(jī)將在差動(dòng)發(fā)送機(jī)定子繞組中產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)Fs，其空間位置與力矩式發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的空間位置相對(duì)應(yīng)，即空間位置角為δs；而差動(dòng)發(fā)送機(jī)和力矩式接收機(jī)則構(gòu)成一套力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)差動(dòng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δR時(shí)

29、，就相當(dāng)于該系統(tǒng)的失調(diào)角為 。,,,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,-53-,,按照第一節(jié)關(guān)于力矩式自整角機(jī)整步轉(zhuǎn)矩的分析，在整步轉(zhuǎn)矩的作用下， 力矩式接收機(jī)的轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過(guò)δ角。這樣，接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度也就指示了兩臺(tái)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子空間轉(zhuǎn)角的和或差。,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-54-,,三、控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī),,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-55-,,差動(dòng)發(fā)送機(jī)也可以用于控制式自整角機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)控制

30、式自整角發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間再接入一臺(tái)控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)后，接收機(jī)的輸出電壓將是控制式發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子與差動(dòng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的和或差的正弦函數(shù)，如圖2-12所示。 這里實(shí)際上存在串列的兩套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)。,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-56-,,在差動(dòng)發(fā)送機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組軸線位置一致的情況下，其定子繞組和控制式發(fā)送機(jī)就構(gòu)成了一套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)。按照第二節(jié)關(guān)于控制式自整角機(jī)整步繞組磁動(dòng)勢(shì)的分析，控制式發(fā)送機(jī)將在差動(dòng)發(fā)送機(jī)定子繞

31、組中產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)Fs，其空間位置與控制式發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的空間位置相對(duì)應(yīng)，即空間位置角為δs；而差動(dòng)發(fā)送機(jī)和控制式接收機(jī)則構(gòu)成另一套控制式自整角機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)差動(dòng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度δR時(shí)，就相當(dāng)于該系統(tǒng)的失調(diào)角為 。,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,-57-,,按照第二節(jié)關(guān)于控制式自整角機(jī)輸出電壓的分析，當(dāng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子的起始位置為90º電角度時(shí)，接收機(jī)的輸出電壓為,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,

32、（2-37）,即控制式接收機(jī)的輸出電壓為控制式發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子與差動(dòng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的和或差的正弦函數(shù)。,-58-,,第四節(jié) 自整角機(jī)的選用一、自整角機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)1. 力矩式自整角機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) (1) 比整步轉(zhuǎn)矩。 指力矩式自整角機(jī)在失調(diào)角為1º時(shí)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩。比整步轉(zhuǎn)矩是力矩式自整角機(jī)一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它直接影響自整角機(jī)系統(tǒng)的靈敏度，一般產(chǎn)品數(shù)據(jù)中均要列出它的數(shù)值。,,,,,,,,,,,,,,,,

33、第二章 自整角機(jī),-59-,,(2) 零位誤差。 在力矩式自整角發(fā)送機(jī)中，當(dāng)勵(lì)磁繞組勵(lì)磁后，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子從基準(zhǔn)電氣零位開始，每轉(zhuǎn)過(guò)6Oº電角度，總會(huì)有兩根輸出線之間的空載電壓等于零，此位置稱為理論電氣零位。由于設(shè)計(jì)與工藝的不盡完善，實(shí)際電氣零位與理論電氣零位存在著差異，兩者之差稱為力矩式自整角機(jī)的零位誤差，單位為角分。習(xí)慣上以累積誤差的形式來(lái)表示，即取各點(diǎn)零位誤差中正、負(fù)最大誤差絕對(duì)值之和的一半，其大小決定發(fā)送機(jī)的精度。,,,,

34、,,,,,,第二章 自整角機(jī),-60-,,(3) 靜態(tài)誤差。 在力矩式自整角接收機(jī)中， 由于系統(tǒng)出現(xiàn)失調(diào)角而使接收機(jī)轉(zhuǎn)子隨發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)同樣的角度，最后穩(wěn)定在失調(diào)角為零的位置。但實(shí)際上，當(dāng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子處在協(xié)調(diào)位置時(shí)，由于接收機(jī)轉(zhuǎn)軸上存在摩擦轉(zhuǎn)矩，所以接收機(jī)與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子之間總存在轉(zhuǎn)角差，這個(gè)轉(zhuǎn)角差就是靜態(tài)誤差，單位為角分。通常也是以累積誤差的形式表示，其大小決定接收機(jī)的精度。,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-61-,,(4) 阻尼時(shí)間

35、。 所謂阻尼時(shí)間，就是指強(qiáng)迫接收機(jī)轉(zhuǎn)子失調(diào)177º 2º，放松后，經(jīng)過(guò)衰減振蕩達(dá)到協(xié)調(diào)位置所需要的時(shí)間。按規(guī)定，它不應(yīng)超過(guò) 。阻尼時(shí)間越短，表示接收機(jī)的跟隨性能越好。,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),,,-62-,,2. 控制式自整角機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) (1) 比電動(dòng)勢(shì)。 指控制式自整角機(jī)在失調(diào)角為1º時(shí)接收機(jī)的空載輸出電壓。比電動(dòng)勢(shì)是控制式自整角機(jī)一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它直接影響自整角機(jī)系統(tǒng)的靈

36、敏度，一般產(chǎn)品數(shù)據(jù)中均要列出它的數(shù)值。,,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-63-,,,,,,,,,,,(2) 零位誤差。 當(dāng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子處在協(xié)調(diào)位置時(shí)，接收機(jī)的輸出電壓理論上應(yīng)等于零。由于設(shè)計(jì)和工藝等原因，常有誤差存在，輸出電壓實(shí)際上不為零。我們把接收機(jī)和發(fā)送機(jī)處在協(xié)調(diào)位置時(shí)，接收機(jī)輸出繞組出現(xiàn)的端電壓稱為剩余電壓，即零位誤差，它會(huì)降低自整角機(jī)系統(tǒng)的靈敏度。,第二章 自整角機(jī),-64-,,,,,,,,,,,,(3) 靜態(tài)

37、誤差。 當(dāng)控制式自整角機(jī)在靜態(tài)下到達(dá)新的協(xié)調(diào)位置，即輸出電壓等于剩余電壓時(shí)，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度與接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度之差稱為靜態(tài)誤差或電氣誤差。若以角分表示靜態(tài)誤差，其允許范圍為3’～10’。它的大小直接影響自整角機(jī)系統(tǒng)的精度?？刂剖阶哉菣C(jī)的精度等級(jí)就是根據(jù)靜態(tài)誤差來(lái)劃分的。,,第二章 自整角機(jī),-65-,,,,,,,,,,,,,3. 自整角機(jī)的精度等級(jí) 力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)的精度等級(jí)如表2-1所示。,第二章 自整角

38、機(jī),-66-,,,,,,,,,,,,二、自整角機(jī)的使用原則 (1) 各類自整角機(jī)在使用前應(yīng)首先確定其基準(zhǔn)電氣零位。 (2) 對(duì)接使用的自整角機(jī)，對(duì)接繞組的額定電壓和額定頻率必須相同。 (3) 力矩式自整角機(jī)所帶機(jī)械負(fù)載較重時(shí)，應(yīng)根據(jù)所要求的精度選擇比整步轉(zhuǎn)矩較大的自整角機(jī)。,,第二章 自整角機(jī),-67-,,,,,,,,,,,,(4) 在電源容量允許的情況下，應(yīng)選用輸入阻抗較小的發(fā)送機(jī)，以獲得較大的負(fù)載能力。

39、 (5) 選用控制式自整角機(jī)時(shí)，應(yīng)選用輸入阻抗較大的接收機(jī)，以減輕發(fā)送機(jī)的負(fù)載。 (6) 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)不能互換使用，因?yàn)閮烧呓Y(jié)構(gòu)上有差異，參數(shù)也不盡相同。,,第二章 自整角機(jī),-68-,,三、自整角機(jī)的應(yīng)用實(shí)例 自整角機(jī)在隨動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，主要是實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、交換和指示，包括角位置的遠(yuǎn)距離指示和遠(yuǎn)距離定位等，下面是兩個(gè)典型的應(yīng)用實(shí)例。,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-69-,,1. 遠(yuǎn)距離位置

40、指示系統(tǒng),,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-70-,,2. 艦船雷達(dá)天線定位系統(tǒng),,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-71-,,本章小結(jié) 自整角機(jī)是一種能對(duì)角位移或角速度的偏差實(shí)現(xiàn)自整步的控制電機(jī)，它通過(guò)電的方式在兩個(gè)或兩個(gè)以上無(wú)機(jī)械聯(lián)系的轉(zhuǎn)軸之間傳遞角位移或使之同步旋轉(zhuǎn)。本章介紹力矩式自整角機(jī)、控制式自整角機(jī)和差動(dòng)式自整角機(jī)三種典型自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)其運(yùn)行特性進(jìn)行了一定的分析。,,,,,,,,,,

41、第二章 自整角機(jī),-72-,,力矩式自整角機(jī)主要用在指示系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)角度的傳輸。本章在分析三相力矩式自整角機(jī)基本原理的基礎(chǔ)上，對(duì)作為控制電機(jī)使用的單相力矩式自整角機(jī)的工作原理做了有力的說(shuō)明。通過(guò)對(duì)整步繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁動(dòng)勢(shì)的分析，給出了整步轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角的函數(shù)關(guān)系式。,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-73-,,控制式自整角機(jī)主要用在傳輸系統(tǒng)中，作檢測(cè)元件用，可將角度信號(hào)變換為電壓信號(hào)。本章分別對(duì)發(fā)送機(jī)整步繞組的電動(dòng)勢(shì)和電流、接收

42、機(jī)整步繞組的磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行了深入分析，在此基礎(chǔ)上得到了接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓和失調(diào)角的函數(shù)關(guān)系。,,,,,,,,,,第二章 自整角機(jī),-74-,,差動(dòng)式自整角機(jī)可以傳遞兩個(gè)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的和或差。將力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)有機(jī)結(jié)合一起，便可以構(gòu)成各類差動(dòng)式自整角機(jī)。 按其功能來(lái)區(qū)分，差動(dòng)式自整角機(jī)又可分為力矩式差動(dòng)接收機(jī)、力矩式差動(dòng)發(fā)送機(jī)和控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)。 本章最后介紹了自整角機(jī)的選用，給出自整角機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和精度等級(jí)