电机及电力拖动第3版 教学课件 ppt 作者 周定颐 李光中湖南工院 主编 第14章－自整角机.ppt

第十四章 自整角机,14.1 基本结构,14.2 工作原理,自整角机是一种感应式机电元件在系统中通常是两台或两台以上组合使用其任务是将转轴上的转角变换为电气信号，或将电气信号变换为转轴的转角，使机械上互不相联的两根或几根转轴同步偏转或旋转，以实现角度的传输、变换和接收它广泛应用于运距离指示装置和伺服系统14.3 误差概述,14.4 选用时应注意的的问题及应用举例,14.1 基本结构,自整角机的定子结构与一般小型绕线转子感应电动机相似 定子铁心上嵌有三相星形联结对称分布绕组，通常称为整步绕组 转子结构则按不同类型采用凸极式或隐极式，放置单相或三相励磁绕组转子绕组通过滑环、电刷装置与外电路联接，滑环是由银铜合金制成，电刷采用焊银触点，以保证接触可靠接触式自整角机结构如图1-定子 2-转子 3-阻尼绕组 4-电刷 5-接线柱 6-滑环,14.2 工作原理,14.2.1 力矩式自整角机,力矩式自整角机的接线图如图，两台自整角机结构完全相同，一台作为发送机，另一台作为接收机它们的转子励磁绕组接到同一单相交流电源，定子整步绕组则按相序对应联接当发送机和接收机的转子位置一致时，大小相等，方向相反，所以回路中无电流流过，因而不产生整步转矩，此时两机处于稳定的平衡位置。

当发送机的转子从一致位置转一角度θ1时，则在整步绕组回路中将出现电动势，从而引起均衡电流此均衡电流与励磁绕组所建立的磁场相互作用产生转矩，使接收机也偏转相同角度对于这一过程，分析如下设转子励磁绕组轴线与定子整步绕组第一相的轴线重合时的位置为起始位置，转子偏离起始位置的角度称为位置角，则在起始位置时，位置角等于零 当发送机转子从起始位置逆时针方向偏转θ1时，三相整步绕组的电动势应为,整步绕组最大相电动势有效值,,同理可写出接收机整步绕组电动势为,接收机转子从起始位置逆时针方向偏转的角度由于发送机和接收机是由同一励磁电源励磁的，因此两机定子绕组电动势在时间上是同成电动势为两机定子电动势之差,,，称为失调角，是发送机与接收机的位置角之差设两机定子绕组的阻抗相等，并以Z表示，则每相总阻抗为2Z，于是各相回路电流的有效值为,整步绕组各相回路中最大电流的有效值,可见,当整步绕组中有电流通过，将产生磁动势，为便于分析计算，通常将三相整步绕组 中的三个空间脉动磁动势，分解为直轴（d轴）即励磁绕组轴线方向，交轴（q轴）直轴在空间按逆时针方向前移90由交流电机绕组磁动势知单相基波磁动势的振幅值,把上式代入得,三相合成磁动势的交轴分量：,整步绕组的合成磁动势：,合成磁动势与交轴夹角,接收机和发送机的整步绕组是相对应联接的，它们的电流方向相反，数值相等，因此相应的磁动势的振幅也相等，但是符号相反，即,接收机整步绕组磁动势的直轴分量：,接收机整步绕组磁动势的交轴分量：,根据以上分析可知： ①发送机和接收机中的磁动势直轴分量、交轴分量和合成磁动势的大小以及合成磁动势与交轴的夹角与发送机和接收机的位置角无关，仅为失调角θ的函数。

②发送机和接收机整步绕组磁动势的直轴分量均为负值，说明直轴电枢支应为去磁作用一般在指示状态时，失调角很小，因此整步绕组磁动势的直轴分量也很小，可以忽略不计 ③发送机和接收机整步绕组磁动势的交轴分量大小相等，方向相反；直轴分量则大小相等，方向相同力矩式自整角机的整步转矩是由整步绕组中的电流和转子主极磁场的相互作用而产生的 自整角机在空间位置固定的三相整步绕组所产生的合成磁动势，可以分解为由随转子一起转动的d轴绕组和q轴绕组所产生的d轴磁动势FFd（或FJd）和q轴磁动势FFq（或FJq） 根据电机理论可知，由励磁磁动势产生的直轴磁通φd和直轴磁动势之间不会产生转矩；而直轴磁通φd和交轴磁动势相互作用则将产生电磁转矩，如图所示整步转矩产生的示意图,发送机,接收机,,通过以上分析可知，对力矩式自整角机，整步转矩T系由交轴磁动势Fq与直轴磁通φd的相互作用所产生 在相同型号成对工作的力矩式自整角发送机和接收机中，因采用同一励磁电源，所以直轴磁通φd相同；又合成磁动势的交轴分量FFq和FJq大小相等方向相反，由此可知，这时发送机和接收机中的整步转矩大小相等而方向相反 如以外力强制发送机转子逆时针方向转动θ角时，发送机为了保持转子原来的位置，所产生的整步转矩方向将是顺时针的；接收机中所产生的转矩则相反，即为逆时针方向，使转子向逆时针方向转动，以达到和发送机转子有同一位置的目的，从而实现了转角的传递任务。

14.2.2 控制式自整角机,为了提高同步随动系统的精度和负载能力，常把力矩式接收机的转子绕组从电源断开，使其在变压器状态下运行这时接收机将角度传递变为电信号输出，然后通过放大去控制一台伺服电动机，并将接收机转子经减速器与机械负载联系在一起这种间接通过伺服电动机来达到同步联系的系统称为同步随动系统，在这种系统中，用来输出电信号的自整角接收机称为自整角变压器控制式自整角机与力矩式自整角机接线图有两点不同： 1)、上图接收机转子绕组从单相电源断开，并能输出讯号电压 2)、转子绕组的轴线位置预先转过了90°电压经放大器放大后，接到伺服电动机的控制绕组，使伺服电动机转动伺服电动机一方面拖动负载，另一方面在机械上也有自整角变压器转子相连，这样就可以使得负载跟随发送机偏转，直到负载偏转的角度与发送机偏转的角度相等为止自整角变压器转子绕组输出电压信号,式中Em——接收机转子绕组感应电动势最大 值，即发送机转子与接收机转子位置相 一致时感应电动势的有效值14.3 误差概述,力矩式自整角机的整步转矩必须大于其接收机转轴的阻力转矩（包括负载转矩和接收机本身的摩擦转矩等），它才能拖动接收机转子跟着发送机转动，因此发送机和接收机之间必然存在一定的失调角，这个角度就是力矩式自整角机转角随动的误差。

显然，失调角为1°时，自整角机具有的整步转矩（称为比转矩）越大，则角误差越小对于控制式自整角机，为了减小转角随动误差提高其精度，把发送机和接收机的转子都做成隐极式 减小速度误差方法: 1)选用高频自整角机 2)应当限制发送机和接收机的转速14.4 选用时应注意的问题及应用举例,力矩式自整角机常应用于精度较低的指示系统如液面的高低，阐门的开启度，液压电磁阀的开闭，船舶的舵角、方位和船体倾斜的指示等等下面通过一个实例来加以说明控制式自整角机适用于精度较高、负载较大的伺服系统现以雷达高低角自动显示系统(如图)来加以说明自整角发送机转轴直接与雷达天线的高低角（即俯仰角）耦合，因此雷达天线的高低角α就是自整角发送机的转角控制式自整角接收机转轴与由交流伺服电动机驱动的系统负载（刻度盘或火炮等负载）的轴相连，其转角用β表示接收机转子绕组输出电动势E2（有效值）与两轴的差角γ即α－β近似成正比，即 E2≈K（α－β）=Kγ 式中K为常数E2经放大器放大后送至交流伺服电动机的控制绕组，使电动机转动可见，只要 α≠β，即γ≠0，就有E2≠0，伺服电动机便要转动，使γ减小，直至γ=0选用自整角机还应注意以下问题： ①自整角机的励磁电压和频率必须与使用的电源符合，若电源可任意选择时，应选用电压较高、频率较高（一般是400Hz）的自整角机，其性能较好，体积较小。

②相互联接使用的自整角机，其对应绕组的额定电压和频率必须相同 ③在电源容量允许的情况下，应选用输入阻抗较低的发送机，以便获得较大的负载能力 ④选用自整角变压器时，应选输入阻抗较高的产品，以减轻发送机的负载。