[工学]西安邮电学院 《控制电机》第05章新 自整角机.ppt

第5章 自整角机 5.1 自整角机的类型和用途 5.2 自整角机的基本结构 5.3 控制式自整角机的工作原理 5.4 带有“ZKC”的控制式自整角机 5.5 力矩式自整角机的运行 5.6 自整角机的选用和技术数据 思考题与习题 5.1 自整角机的类型和用途 在自动控制系统中，常常需要指示位置和角度的数值，或者需要远距离调节执行机构的速度，或者需要某一根或多根轴随着另外的与其无机械连接的轴同步转动，这样，就出现了自整角机，即用来实现自动指示角度和同步传输角度的一类控制电机。 自整角机通常是两台或两台以上组合使用，产生信号的自整角机称为发送机，它将轴上的转角变换为电信号，接收信号的自整角机称为接收机，它将发送机发送的电信号变换为转轴的转角，从而实现角度的传输、变换和接收。 在随动系统中主令轴只有一根，而从动轴可以是一根，也可以是多根，主令轴安装发送机，从动轴安装接受机，故而一台发送机带一台或多台接受机。主令轴与从动轴之间的角位差，称为失调角。 自整角机通常做成两极电机。其定子铁芯嵌有三相对称分布绕组，称为整步绕组，也叫同步绕组，联结为星形接法，转子上放置单相励磁绕组，可以做成凸极结构，也可做成隐极结构，励磁绕组经集电环和电刷后接励磁电源。另外，也可把定子做成凸极式，转子做成隐极式，三相整步绕组嵌入转子铁芯槽内，并经集电环和电刷引出，而单相励磁绕组安装在定子凸极上。如图所示： 自整角机工作时，发送机的励磁绕组接在单相交流电源上，发送机和接收机的三相整步绕组中，同样相号的引出线接在一起。为了表示清楚，我们把励磁绕组与整步绕组分开画，习惯上，励磁绕组画在上边，整步绕组画在下边。图中，下标为F的是发送机，画在左边，下标为J的是接收机，画在右边。 在这里我们把发送机励磁绕组的轴线定为d 轴，与其垂直的的方向是q 轴。 自整角机按自整角输出量可分为力矩式自整角机和控制式自整角机两种。自整角机控制系统中，当失调角产生时，力矩自整角接收机输出与失调角成正弦关系的转矩，直接带动接收机轴上的机械负载，直至消除失调角。 控制式自整角机的功用是作为角度和位置的检测元件， 它可将机械角度转换为电信号或将角度的数字量转变为电压模拟量， 而且精密程度较高， 误差范围仅有3′～14′。 因此，控制式自整角机用于精密的闭环控制的伺服系统中是很适宜的。 但力矩式自整角机力矩不大，如果机械负载较大，则采用控制式自整角控制系统，自控式自整角机把失调角转换为正弦关系的电压输出，经过电压放大器放大后送到交流伺服电动机的控制绕组中，使伺服电机转动，再经齿轮减速后带动机械负载转动，直到消除失调角。 力矩式自整角机的功用是直接达到转角随动的目的， 即将机械角度变换为力矩输出， 但无力矩放大作用， 接收误差稍大， 负载能力较差， 其静态误差范围为 0.5°～2°。 因此， 力矩式自整角机只适用于轻负载转矩及精度要求不太高的开环控制的伺服系统里。 5.3 控制式自整角机 控制式自整角机的工作原理如图所示。自整角接收机工作在变压器状态，故又称为自整角变压器，其输出绕组接交流伺服电动机的控制绕组。自整角发送机的转子转角?1等于自整角变压器的转子转角?2时，失调角?= ?1 - ?2 =0，自整角机此时的位置叫协调位置。 1. 三相整步绕组的电势和电流 原理分析： 当发送机转子上的励磁绕组接入单相交流电流时，产生的是正弦分布的脉振磁场，与发送机三相整步绕组相交链而感应产生电动势。如果发送机三相整步绕组的某相（如A相）与磁励绕组的轴线重合作为起始位置，那么此时该相的感应电动势，其有效值为 E = 4.44 f N kNΦm 如果发送机转子的位置角为?1，如图所示，那么由发送机励磁绕组产生的主磁场在其各相整步绕组中感应的电势的有效值分别为 E1a = Ecos?1 E1b = Ecos(?1－120?) E1c = Ecos(?1－240?) 设自整角发送机的每相整步绕组的阻抗为Z1，自整角变压器每相整步绕组的阻抗为Z2，为了便于分析，把两台自整角机的三相整步绕组的星点连接起来，那么三相整步绕组的回路电流分别为 三相整步绕组星点连线中的电流为： I0 = Ia+Ib+Ic = Icos?1+Icos(?-120?)+Icos(?-