控制電機(jī)資料

1、6.1 伺服電動(dòng)機(jī)6.2  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6.3 測(cè)速發(fā)電機(jī)6.4  自整角機(jī)6.5  旋轉(zhuǎn)變壓器小結(jié)摘要:本章主要介紹伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器感、應(yīng)同步器等控制電機(jī)的工作原理、運(yùn)行特性、結(jié)構(gòu)、和應(yīng)用。控制電機(jī)具有體積小，功率小，通常在幾百瓦以下等特點(diǎn)；而驅(qū)動(dòng)微電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功率也小，主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種輕型負(fù)載。驅(qū)動(dòng)微電機(jī)與控制電機(jī)合稱為微控電機(jī)。在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的各種控制電機(jī)與普通電機(jī)本質(zhì)上并沒有差別，只是著重點(diǎn)不同：普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)主要是進(jìn)行能量變換，要求有較高的力能指標(biāo)；而控制電機(jī)主要是對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行傳遞和變換，要求有

2、較高的控制性能，如要求反應(yīng)快、精度高、運(yùn)行可靠等等?？刂齐姍C(jī)因其各種特殊的控制性能而常在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件、檢測(cè)元件和解算元件。6.1 伺服電動(dòng)機(jī)(頂部)伺服電動(dòng)機(jī)又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。它將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出，改變輸入信號(hào)的大小和極性可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，故輸入的電壓信號(hào)又稱為控制信號(hào)或控制電壓。根據(jù)使用電源的不同，伺服電動(dòng)機(jī)分為直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類。直流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率較大，功率范圍為1600瓦，有的甚至可達(dá)上千瓦；而交流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率較小，功率范圍一般為0.1100瓦。  直流伺服電動(dòng)機(jī)直

3、流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)際上就是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)和原理與普通的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同，只不過(guò)直流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率較小而已。當(dāng)直流伺服電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組都通過(guò)電流時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，當(dāng)其中的一個(gè)繞組斷電時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)，故輸入的控制信號(hào)，既可加到勵(lì)磁繞組上，也可加到電樞繞組上：若把控制信號(hào)加到電樞繞組上，通過(guò)改變控制信號(hào)的大小和極性來(lái)控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小和方向，這種方式叫電樞控制；若把控制信號(hào)加到勵(lì)磁繞組上進(jìn)行控制，這種方式叫磁場(chǎng)控制。磁場(chǎng)控制有嚴(yán)重的缺點(diǎn)（調(diào)節(jié)持性在某一范圍不是單值函數(shù)，每個(gè)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)兩個(gè)控制信號(hào)），使用的場(chǎng)合很少。直流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電樞控制時(shí)，電樞繞組即為控制繞組，控制電壓

4、直接加到電樞繞組上進(jìn)行控制。而勵(lì)磁方式則有兩種：一種用勵(lì)磁繞組通過(guò)直流電流進(jìn)行勵(lì)磁，稱為電磁式直流伺     直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞控制線路圖服電動(dòng)機(jī)；另一種使用永久磁鐵作磁極，省去勵(lì)磁繞組，稱為永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電樞控制的線路如圖7.1所示，勵(lì)磁繞組接到電壓恒定為的直流電源上，產(chǎn)生勵(lì)磁電流，從而產(chǎn)生勵(lì)磁磁通，電樞繞組接控制電壓，那么直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路的電壓平衡方式為若不計(jì)電樞反應(yīng)的影響，電機(jī)的每極氣隙磁通將保持不變，則電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式為1. 機(jī)械特性由上面三式可得到電樞控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為 

5、0;                （7.1）改變控制電壓，而機(jī)械特性的斜率不變，故其機(jī)械特性是一組平行的直線，如圖7.2所示。理想空載轉(zhuǎn)速為機(jī)械特性曲線與橫軸的交點(diǎn)處的轉(zhuǎn)矩就是時(shí)的轉(zhuǎn)矩，即直流伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為控制電壓為時(shí)，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)堵轉(zhuǎn)。2. 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指在一定的轉(zhuǎn)矩下電機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制電壓的關(guān)系。調(diào)節(jié)特性也可由式（7-1）畫出，如圖7.3所示，調(diào)節(jié)特性也是一組平行線。  直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 

6、60;             直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性 由調(diào)節(jié)特性可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，如，增強(qiáng)控制信號(hào)，直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，且呈正比例關(guān)系；反之，減弱控制信號(hào)減弱到某一數(shù)值直流伺服電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即在控制信號(hào)小于時(shí)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)，要使電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，控制信號(hào)必須大于才行，故叫做始動(dòng)電壓，實(shí)際上始動(dòng)電壓就是調(diào)節(jié)特性與橫軸的交點(diǎn)。所以，從原點(diǎn)到始動(dòng)電壓之間的區(qū)段，叫做某一轉(zhuǎn)矩時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的失靈區(qū)。由圖可知，越大，始動(dòng)電壓也越大，反之亦然；當(dāng)為理想空載時(shí)，始動(dòng)電壓為，即只

7、要有信號(hào)，不管是大是小，電機(jī)都轉(zhuǎn)動(dòng)。從上述分析可知，電樞控制時(shí)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，而且不存在“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象（控制信號(hào)消失后，電機(jī)仍不停止轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象叫“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象），在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是一種很好的執(zhí)行元件。  交流伺服電動(dòng)機(jī)1. 工作原理交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)際上就是兩相異步電動(dòng)機(jī)，所以有時(shí)也叫兩相伺服電動(dòng)機(jī)。如圖7.4所示，電機(jī)定子上有兩相繞組，一相叫勵(lì)磁繞組，接到交流勵(lì)磁電源上，另一相為控制繞組，接入控制電壓，兩繞組在空間上互差90°電角度，勵(lì)磁電壓和控制電壓Uc頻率相同。  交流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相異步電動(dòng)

8、機(jī)有相似之處。當(dāng)交流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接到勵(lì)磁電流上，若控制繞組加上的控制電壓為時(shí)（即無(wú)控制電壓），所產(chǎn)生的是脈振磁通勢(shì)，所建立的是脈振磁場(chǎng)，電機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)控制繞組加上的控制電壓，且產(chǎn)生的控制電流與勵(lì)磁電流的相位不同時(shí)，建立起橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（若與相位差為90°時(shí)，則為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)），于是產(chǎn)生起動(dòng)力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。如果電機(jī)參數(shù)與一般的單相異步電動(dòng)機(jī)一樣，那么當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速雖會(huì)下降些，但仍會(huì)繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)在控制信號(hào)消失后仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。那么，怎么樣消除“自轉(zhuǎn)”這種失控現(xiàn)象呢？從單相異步電動(dòng)機(jī)理論可知，單相繞組通過(guò)電流產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)可以

9、分解為正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，起拖動(dòng)作用，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用，正轉(zhuǎn)矩和負(fù)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系如圖7.5虛線所示，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T應(yīng)為正轉(zhuǎn)矩T+和負(fù)轉(zhuǎn)矩T-的合成，在圖中用實(shí)線表示。如果交流伺服電動(dòng)機(jī)的電機(jī)參數(shù)與一般的單相異步電動(dòng)機(jī)一樣，那么轉(zhuǎn)子電阻較小，其機(jī)械特性如圖7.5（a）所示，當(dāng)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩即電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，所以，即使控制電壓消失后，即，電機(jī)在只有勵(lì)磁繞組通電的情況下運(yùn)行，仍有正向電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)子仍會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，只不過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速稍有降低而已，于是產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象而失控。     

10、0;        (a)                              (b)            &#

11、160;                 (c)  交流伺服電動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)的消除“自轉(zhuǎn)”的原因是控制電壓消失后，電機(jī)仍有與原轉(zhuǎn)速方向一致的電磁轉(zhuǎn)矩。消除“自轉(zhuǎn)”的方法是消除與原轉(zhuǎn)速方向一致的電磁轉(zhuǎn)矩，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與原轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)增加轉(zhuǎn)子電阻的辦法來(lái)消除“自轉(zhuǎn)”。增加轉(zhuǎn)子電阻后，正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率為   隨轉(zhuǎn)子電阻的增加而增加，而反向旋轉(zhuǎn)磁

12、場(chǎng)所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率相應(yīng)減小，合成轉(zhuǎn)矩即電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩則相應(yīng)減小，如圖7.5（b）所示。如果繼續(xù)增加轉(zhuǎn)子電阻，使正向磁場(chǎng)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的，使正向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，即為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)制動(dòng)到停止；若電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，則在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為正值，也為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，也使電機(jī)制動(dòng)到停止，從而消除“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，如圖7.5（c）所示，所以要消除交流伺服電動(dòng)機(jī)的“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，必須滿足：即               &#

13、160;              增大轉(zhuǎn)子電阻，使不僅可以消除“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，還可以擴(kuò)大交流伺服電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍。但轉(zhuǎn)子電阻過(guò)大，會(huì)降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而影響快速響應(yīng)性能。2. 基本結(jié)構(gòu)交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)類似，在定子槽中裝有勵(lì)磁繞組和控制繞組，而轉(zhuǎn)子主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：（1）籠型轉(zhuǎn)子這種籠型轉(zhuǎn)子和三相異步電動(dòng)機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子一樣，但籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條采用高電阻率的導(dǎo)電材料制造，如青銅、黃銅。另外，為了提高交流伺服電動(dòng)機(jī)的快速響應(yīng)性能，宜把籠型轉(zhuǎn)子做成

14、又細(xì)又長(zhǎng)，以減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（2）非磁性空心杯轉(zhuǎn)子如圖7.6所示，非磁性空心杯轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)定子：外定子和內(nèi)定子，外定子鐵芯槽內(nèi)安放有勵(lì)磁繞組和控制繞組，而內(nèi)定子一般不放繞組，僅作磁路的一部分；空心杯轉(zhuǎn)子位于內(nèi)外繞組之間，通常用非磁性材（如銅、鋁或鋁合金）制成，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生渦流，渦流再與主磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使杯形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。  非磁性空心杯轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖1-空心杯轉(zhuǎn)子；2-外定子；3-內(nèi)定子；4-機(jī)殼；5-端蓋由于非磁性空心杯轉(zhuǎn)子的壁厚約為0.20.6mm，因而其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，故電機(jī)快速響應(yīng)性能好，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)平滑，無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象。由于使用內(nèi)外

15、定子，氣隙較大，故勵(lì)磁電流較大，體積也較大。如果在交流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和控制繞組上分別加以兩個(gè)幅值相等、相位差90°電角度的電壓，那么電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)是一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如果改變控制電壓的大小或相位，那么氣隙磁場(chǎng)是一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，控制電壓的大小或相位不同，氣隙的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的橢圓度不同，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也不同，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)?shù)姆禐?V或者與相位差為0°電角度時(shí)，氣隙磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式有三種：）幅值控制如圖7.7所示，幅值控制通過(guò)改變控制電壓的大小來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位差始終保持90°

16、電角度。若控制繞組的額定電壓=，那么控制信號(hào)的大小可表示，稱為有效信號(hào)系數(shù)，那么以為基值，控制電壓的標(biāo)么值為圖7.7  幅值控制接線圖及向量圖當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)時(shí)，控制電壓與的幅值相等，相位相差90°電角度，且兩繞組空間相差90°電角度。此時(shí)所產(chǎn)生的氣隙磁通勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距最大；當(dāng)時(shí)，控制電壓小于勵(lì)磁電壓的幅值，所建立的氣隙磁場(chǎng)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小。越小，氣隙磁場(chǎng)的橢圓度越大，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩越小，電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢，在時(shí)，控制信號(hào)消失，氣隙磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，電機(jī)不轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。幅值控制的交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性如圖7.8所示。圖中的轉(zhuǎn)矩

17、和轉(zhuǎn)速都采用標(biāo)么值。  幅值控制時(shí)的特性2）相位控制這種控制方式通過(guò)改變控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制，而控制電壓的幅值保持不變。如圖7.9所示，勵(lì)磁繞組直接接到交流電源上，而控制繞組經(jīng)移相器后接到同一交流電壓上，與的頻率相同。而相位通過(guò)移相器可以改變，從而改變兩者之間的相位差，稱為相位控制的信號(hào)系數(shù)。圖7.9  相位控制接線圖  改變與相位差的大小，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向：將交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓的相位改變180°電角度時(shí)（即極性對(duì)換），若原來(lái)的控制繞組內(nèi)的電流超前于勵(lì)磁電流，相位改變180°電

18、角度后，反而滯后，從而電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與原來(lái)相反，從而使交流伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。相位控制的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性與幅值控制相似，也為非線性。    （3）幅值相位控制交流伺服電動(dòng)機(jī)的幅值相位線路圖如圖7.10所示。勵(lì)磁繞組串接電容后再接到交流電源上，控制電壓與電源同相位，但幅值可以調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)姆悼梢愿淖儠r(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用，使勵(lì)磁繞組的電流也變化，從而使勵(lì)磁繞組上的電壓及電容上的電壓也跟隨改變，與的相位差b也隨之改變，即改變的大小，與的相位差也隨之改變，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。幅度相位控制線路簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的移相裝置，只需電容進(jìn)行分相，具有線路簡(jiǎn)單、成本低廉、輸出功

19、率較大的優(yōu)點(diǎn)，因而成為使用最多的控制方式。  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(頂部)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的電動(dòng)機(jī)。用專用的驅(qū)動(dòng)電源向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)供給一系列的且有一定規(guī)律的電脈沖信號(hào)，每輸入一個(gè)電脈沖，步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步，其角位移與脈沖數(shù)成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，而且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式（又叫混合式），而反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多，下面以此為例來(lái)闡述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理。  工作原理圖7.11為一臺(tái)三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子上有三對(duì)磁極，每對(duì)磁極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子有四個(gè)分布均勻的齒，齒上沒有繞組。

20、當(dāng)相控制繞組通電，而相和相不通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)與相繞組軸線重合，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過(guò)，故電機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在步進(jìn)電機(jī)中稱之為靜轉(zhuǎn)矩。在此轉(zhuǎn)矩的作用下，使轉(zhuǎn)子的齒1和齒3旋轉(zhuǎn)到與相繞組軸線相同的位置上，如圖7.11a所示，此時(shí)整個(gè)磁路的磁阻最小，此時(shí)轉(zhuǎn)子只受到徑向力的作用而反應(yīng)轉(zhuǎn)矩為零。如果相通電，相和相斷電，那轉(zhuǎn)子受反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒2齒4與定子極、對(duì)齊，如圖7.11b所示，此時(shí)，轉(zhuǎn)子在空間上逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)的空間角q為30°，即前進(jìn)了一步，轉(zhuǎn)過(guò)這個(gè)角叫做步距角，同樣的，如果相通電，相相斷電，轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，使轉(zhuǎn)子的齒1和齒3與定子極，對(duì)

21、齊，如圖7.11c所示。如此按順序不斷地接通和斷開控制繞組，電機(jī)便按一定的方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，若按順序通電，則電機(jī)反向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。  三相反映式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖在步進(jìn)電機(jī)中，控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，上述的運(yùn)行方式每次只有一個(gè)繞組單獨(dú)通電，控制繞組每換接三次構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，故這種方式稱為三相單三拍。若按順序通電，每次循環(huán)需換接6次，故稱為三相六拍，因單相通電和兩相通電輪流進(jìn)行，故又稱為三相單、雙六拍。三相單、雙六拍運(yùn)行時(shí)步距角與三相單三拍不一樣。當(dāng)相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒1、3和定子磁極、對(duì)齊，與三相單三拍一樣，如圖7.12a所示。當(dāng)控制繞組相相

22、同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒2、4受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后，轉(zhuǎn)子齒1、3與定子磁極、軸線不再重合，從而轉(zhuǎn)子齒1、3也受到一個(gè)順時(shí)針的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)這兩個(gè)方向相反的轉(zhuǎn)矩大小相等時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖7.12b所示。當(dāng)相控制繞組斷電而只由相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度使轉(zhuǎn)子齒2、4和定子磁極、對(duì)齊，如圖7.12c所示，即三相六拍運(yùn)行方式兩拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度剛好三相單三拍運(yùn)行方式一拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度一樣，也就是說(shuō)三相六拍運(yùn)行方式的步距角是三相單三拍的一半，即為15°。接下來(lái)的通電順序?yàn)椋\(yùn)行原理與步距角與前半段一樣，即通電方式每變換一次，轉(zhuǎn)子繼續(xù)按逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角（）。如果

23、改變通電順序，按順序通電，則步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)，步距角也是15°。  步進(jìn)電機(jī)的三相單、雙六拍運(yùn)行方式另外還有一種運(yùn)行方式，按順序通電，每次均有兩個(gè)控制繞組通電，故稱為三相雙三拍，實(shí)際是三相六拍運(yùn)行方式去掉單相繞組單獨(dú)通電的狀態(tài)，轉(zhuǎn)子齒與定子磁極的相對(duì)位置與圖7.12b一樣或類似。不難分析，按三相雙三拍方式運(yùn)行時(shí)，其步矩角與三相單三拍一樣，都是30°。由上面的分析可知，同一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，其通電方式不同，步距角可能不一樣，采用單、雙拍通電方式，其步矩角是單拍或雙拍的一半；采用雙極通電方式，其穩(wěn)定性比單極要好。上述結(jié)構(gòu)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無(wú)論采用哪種通電方式，角距角要么

24、為30°，要么為15°，都太大，無(wú)法滿足生產(chǎn)中對(duì)精度的要求，在實(shí)踐中一般采用轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多、定子磁極上帶有小齒的反應(yīng)式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子齒距與定子齒距相同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)根據(jù)步距角的要求初步?jīng)Q定，但準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子齒數(shù)還要滿足自動(dòng)錯(cuò)位的條件。即每個(gè)定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)不能為正整數(shù)，而應(yīng)相差個(gè)轉(zhuǎn)子距齒，那么每個(gè)定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)為：式中為相數(shù)，為一相繞組通電時(shí)在氣隙圓圍上形成的磁極數(shù)，為正整數(shù)。那么轉(zhuǎn)子總的齒數(shù)為               &#

25、160;      （7-2）    當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)滿足上式時(shí)，當(dāng)電機(jī)的每個(gè)通電循環(huán)（N拍）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距，用機(jī)械角度表示則為     那么一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的機(jī)械角即步距角為：    從而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：要想提高步進(jìn)電機(jī)在生產(chǎn)中的精度，可以增加轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，在增加的同時(shí)還要滿足式（7-2）才行。圖7.13是一種步距角較小的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。其轉(zhuǎn)子上均勻分布著40個(gè)齒，定子上有三對(duì)磁極，每對(duì)磁極上繞有一組繞組，、三相繞組接成星形。定子的每個(gè)磁極上都有5

26、個(gè)齒，而且定子齒距與轉(zhuǎn)子齒距相同，若作三相單三拍運(yùn)行，則，那么有每個(gè)轉(zhuǎn)子齒距所占的空間角為每一定子極距所占的空間角為每一定子極距所占的齒數(shù)為其步距角為若步進(jìn)電機(jī)作三相六拍方式運(yùn)行，則步距角為(a) 展開圖(b) 結(jié)構(gòu)圖圖7.13 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 運(yùn)行特性反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性根據(jù)各種運(yùn)行狀態(tài)分別闡述。1. 靜態(tài)運(yùn)行狀態(tài)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不改變通電情況的運(yùn)行狀態(tài)稱為靜態(tài)運(yùn)行。電機(jī)定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角叫做失調(diào)角，用電角度表示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)靜態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子受到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩叫做靜轉(zhuǎn)矩，通常以使增加的方向?yàn)檎?。步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系叫做矩角特性。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的控制繞組通電狀態(tài)變化一個(gè)循環(huán)，

27、轉(zhuǎn)子正好轉(zhuǎn)過(guò)一齒，故轉(zhuǎn)子一個(gè)齒對(duì)應(yīng)電角度為，在步進(jìn)電機(jī)某一相控制繞組通電時(shí)，如果該相磁極下的定子齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，那么失調(diào)角，靜轉(zhuǎn)矩，如圖7.14a所示；如果定子齒與轉(zhuǎn)子齒未對(duì)齊，即，出現(xiàn)切向磁力，其作用是使轉(zhuǎn)子齒與定子齒盡量對(duì)齊，即使失調(diào)角減小，故為負(fù)值，如圖7.14b所示。如果為空載，那么反應(yīng)轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果是使轉(zhuǎn)子齒與定子齒完全對(duì)齊；如果某相控制繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)子齒與定子齒剛好錯(cuò)開，即，轉(zhuǎn)子齒左右兩個(gè)方向所受的磁拉力相等，步進(jìn)電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為0，如圖7.14c所示。步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩隨失調(diào)角呈周期性變化，變化的周期為轉(zhuǎn)子的齒距，也就是電角度。實(shí)踐表明，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系近似為(

28、a)              (b)          (c)  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角式中為常數(shù)，與控制繞組、控制電流、磁阻等有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)某相繞組通電時(shí)矩角特性如圖7.15所示。步進(jìn)電機(jī)在靜轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子必然有一個(gè)穩(wěn)定平衡位置，如果步進(jìn)電機(jī)為空載即，那么轉(zhuǎn)子在失調(diào)角處穩(wěn)定，即在通電相，定子齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊的位置穩(wěn)定。在靜態(tài)運(yùn)行情況下，如有外力使轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒，

29、則在外力消除后，轉(zhuǎn)子在靜轉(zhuǎn)矩的   作用下仍能回到原來(lái)的穩(wěn)定平衡位置。當(dāng)時(shí)，轉(zhuǎn)子齒左右兩邊所受的磁拉力相等而相互抵消，靜轉(zhuǎn)矩，但只要轉(zhuǎn)子向左或向右稍有一點(diǎn)偏離，轉(zhuǎn)子所受的左右兩個(gè)方向的磁拉力不再相等而失去平衡，故是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。在兩個(gè)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)之間的區(qū)域構(gòu)成靜穩(wěn)定區(qū)，即，如圖7.15所示。矩角特性上靜轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。2. 步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)接入控制繞組的脈沖頻率較低，電機(jī)轉(zhuǎn)子完成一步之后，下一個(gè)脈沖才到來(lái)，電機(jī)呈現(xiàn)出一轉(zhuǎn)一停的狀態(tài)，故稱之為步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載（即空載）時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如圖7.16所示，通電順序?yàn)?，?dāng)相通電時(shí)，在靜轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在相的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，

30、顯然圖7.16  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)失調(diào)角，靜轉(zhuǎn)矩。當(dāng)相斷電，相通電時(shí)，矩角特性轉(zhuǎn)為曲線，曲線落后曲線一個(gè)步距角，轉(zhuǎn)子處在相的靜穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，為矩角特性曲線上的點(diǎn)，此處，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，停在穩(wěn)定平衡點(diǎn)處，此處又為0。同理，當(dāng)相通電時(shí)，又由轉(zhuǎn)到點(diǎn)，然后停在曲線的穩(wěn)定平衡點(diǎn)處，接下來(lái)相通電，又由轉(zhuǎn)到并停在處，一個(gè)循環(huán)過(guò)程即為。相通電時(shí)，為靜穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)相繞組斷電轉(zhuǎn)到相繞組通電時(shí)，新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)為，對(duì)應(yīng)于它的靜穩(wěn)定區(qū)為（圖中）,在換接的瞬間，轉(zhuǎn)子的位置只要停留在此區(qū)域內(nèi)，就能趨向新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，所以區(qū)域（，）稱為動(dòng)穩(wěn)定區(qū)，顯而易見，相數(shù)增加或極數(shù)增加，步距角愈小，動(dòng)穩(wěn)定區(qū)愈接近靜穩(wěn)定區(qū),即靜、

31、動(dòng)穩(wěn)定區(qū)重疊愈多，步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定性愈好。上面是步進(jìn)電機(jī)空載步進(jìn)運(yùn)行的情況，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶上負(fù)載運(yùn)行時(shí)情況有所不同。帶上負(fù)載后，轉(zhuǎn)子每走一步不再停留在穩(wěn)定平衡點(diǎn)，而是停留在靜轉(zhuǎn)矩、處，轉(zhuǎn)子停止不動(dòng)。具體分析如下：當(dāng)相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到時(shí)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)距，兩轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，相斷電相通電，改變通電狀態(tài)的瞬間，因?yàn)閼T性轉(zhuǎn)子位置來(lái)不及變化，于是轉(zhuǎn)到曲線上的點(diǎn)，由于點(diǎn)的靜轉(zhuǎn)矩，故轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到點(diǎn)，在點(diǎn)轉(zhuǎn)子停止，接下來(lái)相通電的運(yùn)轉(zhuǎn)情況類似。一個(gè)循環(huán)的過(guò)程為。         步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)如果負(fù)載較大，轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)到曲

32、線、的交點(diǎn)就有，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，當(dāng)相斷電相通電，轉(zhuǎn)到曲線后，電機(jī)不能作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。顯而易見，步進(jìn)電機(jī)能夠帶負(fù)載作步進(jìn)運(yùn)行的最大值即是兩相矩角曲線交點(diǎn)處的電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩。若增加相數(shù)或拍數(shù)，那么靜動(dòng)穩(wěn)定區(qū) 重疊增加，兩相曲線交點(diǎn)升高，最大電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩增加。3. 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)當(dāng)脈沖頻率較高時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子未停止而        步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻特性下一個(gè)脈沖已經(jīng)到來(lái)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)不是一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，而是呈連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。脈沖頻率升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩將減小。主要是因?yàn)轭l率升高時(shí)，脈沖間隔時(shí)間小，由于定子繞組電感有延緩電流

33、變化的作用，控制繞組的電流來(lái)不及上升到穩(wěn)態(tài)值。頻率越高，電流上升到達(dá)的數(shù)值也就越小，因而電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也越小。另外，隨著頻率的提高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)鐵芯中的渦流增加很快，也使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩下降?？傊竭M(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的升高而減小，步進(jìn)電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)電源脈沖頻率的關(guān)系叫做矩頻特性，如圖7.18所示。  步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源方框圖 驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制繞組中需要一系列的有一定規(guī)律的電脈沖信號(hào)，從而使電機(jī)按照生產(chǎn)要求運(yùn)行。這個(gè)產(chǎn)生一系列有一定規(guī)律的電脈沖信號(hào)的電源稱為驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源主要包括變頻信號(hào)源、脈沖分配器和脈沖放大器三個(gè)部分，其方框圖如圖7.19所示。 步

34、進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用脈沖信號(hào)控制的，步距角和轉(zhuǎn)速大小不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受各種環(huán)境條件諸如溫度、壓力、振動(dòng)、沖擊等影響，而僅僅與脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率的高低可以大范圍地調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)，而且有自鎖的能力，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置，不經(jīng)減速器也可獲得低速運(yùn)行。它每轉(zhuǎn)過(guò)一周的步數(shù)是固定的，只要不丟步，角位移誤差不存在長(zhǎng)期積累的情況，主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運(yùn)行可靠。如采用位置檢測(cè)和速度反饋，亦可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動(dòng)記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、印

35、刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。6.3 測(cè)速發(fā)電機(jī)(頂部)測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，它把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出，并要求輸出的電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)速成正比，即測(cè)速發(fā)電機(jī)分直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)1. 工作原理直流測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)際就是一種微型直流發(fā)電機(jī)，按定子磁極的勵(lì)磁方式分為電磁式和永磁式。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同，如圖7.20所示。在恒定的磁場(chǎng)中，外部的機(jī)械轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)電樞以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割磁場(chǎng)從而在電刷間產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為圖7.20  直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理在空載時(shí)，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓就是電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：，顯然輸出電壓與成正

36、比。有負(fù)載時(shí)，若電樞電阻為，負(fù)載電阻為，不計(jì)電刷與換向器間的接觸電阻，則直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為整理后得式中。如圖7.21所示，為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性的斜率，當(dāng)、及都不變時(shí)，輸出電壓與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。對(duì)于不同的負(fù)載電阻，輸出特性的斜率不同，負(fù)載電阻越小，斜率也越小，2. 誤差分析直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速要嚴(yán)格保持正比關(guān)系在實(shí)際中是難以做到的，其實(shí)際的輸出特性為圖7.21中實(shí)線，造成這種非線性誤差的原因主要有以下三個(gè)方面：（1）電樞反應(yīng)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞電流會(huì)產(chǎn)生電樞反應(yīng)，電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通0減小，根據(jù)輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式可知，當(dāng)減小，輸出電壓減小，從輸出特性看，斜率

37、減小，而且電樞電流越大，電樞反應(yīng)的去磁作用越顯著，輸出特性斜率減小越明顯，輸出特性直線變?yōu)榍€。（2）溫度的影響如果直流測(cè)速發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期使用，其勵(lì)磁繞組會(huì)發(fā)熱，其繞組阻值隨溫度的升高而增大，勵(lì)磁電流因此而減小，從而引起氣隙磁通減小，輸出電壓減小，特性斜率減小。溫度升得越高，斜率減小越明顯，使特性向下彎曲。為了減小溫度變化帶來(lái)的非線性誤差，通常把直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁路設(shè)計(jì)為飽和狀態(tài)。當(dāng)溫度變化時(shí)引起勵(lì)磁電流變化，在磁路飽和時(shí)If變化引起的磁通變化要比磁路非飽和時(shí)小得多，如圖7.22所示，從而減小非線性誤差。  直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性    

38、0;                   磁化曲線另外，可在勵(lì)磁回路中串接一個(gè)阻值較大而溫度系數(shù)較小的錳銅或康銅電阻，以減小由于溫度的變化而引起的電阻變化，從而減小因溫度而產(chǎn)生的線性誤差。（3）接觸電阻如果電樞電路總電阻包括電刷與換向器的接觸電阻，那么輸出電壓為而接觸電阻總是隨負(fù)載電流變化而變化，當(dāng)輸入的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，接觸電阻較大，使此時(shí)本來(lái)就不大的輸出電壓變得更小，造成的線性誤差很大；當(dāng)電流較大的，接觸電阻較小而且基

39、本上趨于穩(wěn)定的數(shù)值，線性誤差相對(duì)而言小得多。另外，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是一個(gè)脈動(dòng)電壓，其交變分量對(duì)速度反饋控制系統(tǒng)、高精度的解算裝置有較明顯的影響。 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)分為同步測(cè)速發(fā)電機(jī)和異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。1. 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)（1）工作原理交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)?？招谋D(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子上有兩個(gè)在空間上互差90°電角度的繞組，一為勵(lì)磁繞組，另一為輸出繞組，如圖7.23所示。        &

40、#160;                  (a)                               

41、60;   (b)圖7.23 空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖當(dāng)定子勵(lì)磁繞組外接頻率為的恒壓交流電源，勵(lì)磁繞組中有電流流過(guò)，在直軸（即軸）上產(chǎn)生以頻率脈振的磁通。在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，脈振磁通在空心杯轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電勢(shì)（空心杯轉(zhuǎn)子可以看成有無(wú)數(shù)根導(dǎo)條的籠式轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于變壓器短路時(shí)的二次繞組，而勵(lì)磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組），產(chǎn)生的磁場(chǎng)與勵(lì)磁電源同頻率的脈振磁場(chǎng)，也為軸，都與處于軸的輸出繞組無(wú)磁通交鏈，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割直軸磁通，在杯型轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，其大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并以勵(lì)磁磁場(chǎng)的脈振頻率交變，又因空心杯轉(zhuǎn)子相當(dāng)于短路繞組，故旋轉(zhuǎn)電勢(shì)在杯型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生交流短路電流

42、，其大小正比于，其頻率為的交變頻率，若忽視杯型轉(zhuǎn)子的漏抗的影響，那么電流所產(chǎn)生的脈振磁通的大小正比于，在空間位置上與輸出繞組的軸線（軸）一致，因此轉(zhuǎn)子脈振磁場(chǎng)與輸出繞組相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，據(jù)上分析有輸出繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)實(shí)際就是交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的空載電壓，其大小正比于轉(zhuǎn)速，其頻率為勵(lì)磁電源的頻率。（2）誤差分析交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差主要有三種：非線性誤差、剩余電壓和相位誤差。1）非線性誤差只有嚴(yán)格保持直軸磁通不變的前提下，交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓才與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，但在實(shí)際中直軸磁通是變化的，原因主要有兩個(gè)方面：一方面轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的軸脈振磁場(chǎng)，杯型轉(zhuǎn)子也同時(shí)切割該磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生

43、軸磁勢(shì)并使軸磁通產(chǎn)生變化；另一方面，杯型轉(zhuǎn)子的漏抗是存在的，它產(chǎn)生的是直軸磁勢(shì)，也使直軸磁通產(chǎn)生變化。這兩個(gè)方面的原因引起直軸磁通變化的結(jié)果是使測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生線性誤差。為了減小轉(zhuǎn)子漏抗造成的線性誤差，異步測(cè)速發(fā)電機(jī)都采用非磁性空心杯轉(zhuǎn)子，常用電阻率大的磷青銅制成，以增大轉(zhuǎn)子電阻，從而可以忽略轉(zhuǎn)子漏抗，與此同時(shí)使杯型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割交軸磁通而產(chǎn)生的直軸磁勢(shì)明顯減弱。另外，提高勵(lì)磁電源頻率，也就是提高電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，也可提高線性度，減小線性誤差。2）剩余電壓當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓應(yīng)當(dāng)為零，但實(shí)際上還會(huì)有一個(gè)很小的電壓輸出，此電壓稱為剩余電壓。剩余電壓雖然不大，但卻使控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度大

44、為降低，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至?xí)a(chǎn)生誤動(dòng)作。產(chǎn)生剩余電壓的原因很多，最主要的原因是制造工藝不佳所致，如定子兩相繞組并不完全垂直，從而使兩輸出繞組與勵(lì)磁繞組之間存在耦合作用，氣隙不均，磁路不對(duì)稱，空心杯轉(zhuǎn)子的壁厚不均以及制造杯型轉(zhuǎn)子的材料不均等等都會(huì)造成剩余誤差。要減小剩余誤差，根本方法無(wú)疑是提高制造和加工的精度；也可采用一些措施進(jìn)行補(bǔ)償，阻容電橋補(bǔ)償法是常用的補(bǔ)償方法，如圖7.24所示，調(diào)節(jié)電阻的大小以改變附加電壓的大小，調(diào)節(jié)電阻的大小以改變附加電壓的相位，從而使附加電壓與剩余電壓相位相反，大小近似相等，補(bǔ)償效果良好。3）相位誤差在自動(dòng)控制系統(tǒng)中不僅要求異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，而

45、且還要求輸出電壓與勵(lì)磁電壓同相位。輸出電壓與勵(lì)磁電壓的相位誤差是由勵(lì)磁繞組的漏抗、杯型轉(zhuǎn)子的漏抗產(chǎn)生的，可在勵(lì)磁回路中串電容進(jìn)行補(bǔ)償。2. 交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)又分為永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式三種。永磁式同步測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)際就是永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)，定子繞組感應(yīng)的交變電勢(shì)基本與轉(zhuǎn)速成正比。而感應(yīng)子式和脈沖式同步測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理是一致的：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子齒槽位置相對(duì)變化，從而產(chǎn)生脈動(dòng)的磁場(chǎng)與輸出繞組交鏈，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。圖7.24 剩余電壓補(bǔ)償原理圖同步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的三相電壓經(jīng)橋式整流、濾波后變換為直流輸出電壓，作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的速度反饋信號(hào)，相當(dāng)于一臺(tái)性能良好的直流測(cè)

46、速發(fā)電機(jī)。3. 測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用測(cè)速發(fā)電機(jī)的作用是將機(jī)械速度轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，常用作測(cè)速無(wú)件、校正元件、解算元件，與伺服電機(jī)配合，廣泛使用于許多速度控制或位置控制系統(tǒng)中，如在穩(wěn)速控制系統(tǒng)中，測(cè)速發(fā)電機(jī)將速度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)作為速度反饋信號(hào)，可達(dá)到較高的穩(wěn)定性和較高的精度，在計(jì)算解答裝置中，常作為微分、積分元件。6.4  自整角機(jī)(頂部)自整角機(jī)廣泛應(yīng)用于隨動(dòng)系統(tǒng)中，能對(duì)角位移或角速度的偏差進(jìn)行自動(dòng)地整步。自整角機(jī)通常是兩臺(tái)或兩臺(tái)以上組合使用，產(chǎn)生信號(hào)的自整角機(jī)稱為發(fā)送機(jī)，它將軸上的轉(zhuǎn)角變換為電信號(hào)，接收信號(hào)的自整角機(jī)稱為接收機(jī)，它將發(fā)送機(jī)發(fā)送的電信號(hào)變換為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、

47、變換和接收。在隨動(dòng)系統(tǒng)中主令軸只有一根，而從動(dòng)軸可以是一根，也可以是多根，主令軸安裝發(fā)送機(jī)，從動(dòng)軸安裝接受機(jī)，故而一臺(tái)發(fā)送機(jī)帶一臺(tái)或多臺(tái)接受機(jī)。主令軸與從動(dòng)軸之間的角位差，稱為失調(diào)角。自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖7.25所示，通常做成兩極電機(jī)。自整角機(jī)的定子鐵芯嵌有三相對(duì)稱分布繞組，稱為整步繞組，也叫同步繞組，聯(lián)結(jié)為星形接法，轉(zhuǎn)子上放置單相勵(lì)磁繞組，可以做成凸極結(jié)構(gòu)，如圖7.26a，也可做成隱極結(jié)構(gòu)，如圖7.26c，這兩種方式都是勵(lì)磁繞組經(jīng)集電環(huán)和電刷后接勵(lì)磁電源。. 圖7.25  自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)另外，也可把定子做成凸極式，轉(zhuǎn)子做成隱極式，如圖7.26b，三相整步繞組嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)，

48、并經(jīng)集電環(huán)和電刷引出，而單相勵(lì)磁繞組安裝在定子凸極上。(a)                           (b)                  &#

49、160;          (c)圖7.26  自整角機(jī)定子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式自整角機(jī)按自整角輸出量可分為力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)兩種。自整角機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)失調(diào)角產(chǎn)生時(shí)，力矩自整角接收機(jī)輸出與失調(diào)角成正弦關(guān)系的轉(zhuǎn)矩，直接帶動(dòng)接收機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載，直至消除失調(diào)角。但力矩式自整角機(jī)力矩不大，如果機(jī)械負(fù)載較大，則采用控制式自整角控制系統(tǒng)，自控式自整角機(jī)把失調(diào)角轉(zhuǎn)換為正弦關(guān)系的電壓輸出，經(jīng)過(guò)電壓放大器放大后送到交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組中，使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，直到消除失調(diào)角。

50、 控制式自整角機(jī)控制式自整角機(jī)的工作原理如圖7.27所示，左邊的是自整角發(fā)送機(jī)，右邊的是自整角接收機(jī)，自整角發(fā)送機(jī)的勵(lì)磁繞組接單相交流電源，其三相整步繞組與自整角接收機(jī)的整步繞組一一對(duì)應(yīng)相接，自整角接收機(jī)工作在變壓器狀態(tài)，故又稱為自整角變壓器，其輸出繞組接交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組。自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角等于自整角變壓器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角時(shí)，失調(diào)角，自整角機(jī)此時(shí)的位置叫協(xié)調(diào)位置。  控制式自整角機(jī)工作原理圖1. 三相整步繞組的電勢(shì)和電流當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組接入單相交流電流時(shí)，產(chǎn)生的是正弦分布的脈振磁場(chǎng)，與發(fā)送機(jī)三相整步繞組相交鏈而感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。如果發(fā)送機(jī)三相整步繞組的某相（如相）與磁勵(lì)繞

51、組的軸線重合作為起始位置，那么此時(shí)該相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其有效值為式中為勵(lì)磁電源的頻率即主磁通的脈振頻率；   為整步繞組每一相的線圈匝數(shù)；為整步繞組的基波繞組系數(shù)；為自整角機(jī)主磁通的幅值。如果發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的位置角為，如圖7.27所示，那么由發(fā)送機(jī)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的主磁場(chǎng)在其各相整步繞組中感應(yīng)的電勢(shì)的有效值分別為    設(shè)自整角發(fā)送機(jī)的每相整步繞組的阻抗為，自整角變壓器每相整步繞組的阻抗為，為了便于分析，把兩臺(tái)自整角機(jī)的三相整步繞組的星點(diǎn)連接起來(lái)，那么三相整步繞組的回路電流分別為式中為發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角時(shí)與勵(lì)磁繞組軸線重合的整步繞組中的電流（此時(shí)電

52、流最大）。三相整步繞組星點(diǎn)連線中的電流為連線中并沒有電流，實(shí)際線路中并不需要連接，分析時(shí)連接只不過(guò)為了便于分析而已。2. 三相整步繞組磁勢(shì)由于三相整步繞組的電勢(shì)都是由同一個(gè)脈振磁通感應(yīng)產(chǎn)生，又因控制式自整角發(fā)送機(jī)和自整角變壓器的每相整步繞組回路的阻抗都相同，因而整步繞組的每一相繞組回路的電流是同頻同相位的，那么其合成磁勢(shì)為空間分布的脈振磁勢(shì)。自整角發(fā)送機(jī)每相磁勢(shì)幅值為式中為時(shí)的磁勢(shì)幅值，即最大值。為了分析的方便，通常把整步繞組中三個(gè)空間脈振磁勢(shì)分解為直軸分量和交軸分量，勵(lì)磁繞組為直軸，也稱軸，交軸與直軸在空間相差90°，稱為軸。那么控制式自整角發(fā)送機(jī)三相繞組的直軸分量磁勢(shì)為交軸分量的

53、磁通勢(shì)為上述公式表明，控制式自整角發(fā)送機(jī)的三相繞組合成磁勢(shì)沒有交軸分量，只有直軸分量，即合成磁勢(shì)是一個(gè)直軸磁勢(shì)，與勵(lì)磁繞組同軸，與無(wú)關(guān)。自整角變壓器的三相繞組電流就是發(fā)送機(jī)繞組電流，只不過(guò)對(duì)發(fā)送機(jī)而言，電流是“流出”的，對(duì)于接收機(jī)（自整角變壓器）而言，電流是“流入”的，如圖7.28所示,因而在接收機(jī)整步繞組中產(chǎn)生的磁通勢(shì)與大小相等，方向相反，也與無(wú)關(guān)。  控制式自整角機(jī)磁勢(shì)關(guān)系圖3. 自整角變壓器的輸出電勢(shì)如果自整角變壓器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角等于自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，則自整角變壓器三相繞組合成磁勢(shì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子輸出繞組同軸線，那么在轉(zhuǎn)子輸出繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值最大，如果，自整角變壓器定子

54、合成磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線夾角為，如圖7.28所示，此時(shí)轉(zhuǎn)子輸出繞組感生的電動(dòng)勢(shì)為：由上式知，自整角變壓器輸出電壓（電勢(shì)）為失調(diào)角q的余弦函數(shù)，在實(shí)際控制系統(tǒng)中會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。（1）當(dāng)隨動(dòng)系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)位置（即失調(diào)角）時(shí)，希望自整角變壓器的輸出電壓為0，當(dāng)時(shí)，才有電壓信號(hào)輸出，送到交流伺服電動(dòng)機(jī)中，使伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)以清除，但如按圖22.44工作，那么，在失調(diào)角為0時(shí)，自整角變壓器輸出電壓反而最大，增大，輸出電壓反而減小，與實(shí)際需要相反。（2）失調(diào)角q是有方向的，是順時(shí)針還是反時(shí)針是必須明確的，即q的正負(fù)值是表明方向的，但上述系統(tǒng)中不管q為正還是為負(fù)，其輸出的電壓都是正的，因?yàn)?為了解決上述問(wèn)題，

55、在實(shí)際使用的系統(tǒng)中，自整角發(fā)送機(jī)的相定子繞組線作直軸，其轉(zhuǎn)子繞組以直軸作起始位置，而把自整角變壓器轉(zhuǎn)子輸出繞組放在交軸上，事實(shí)上，把自整角變壓器的轉(zhuǎn)子由原來(lái)的協(xié)調(diào)位置（）處旋轉(zhuǎn)90°作為起始位置，那么輸出繞組感應(yīng)電勢(shì)為空載時(shí)，輸出電壓，負(fù)載時(shí)，輸出電壓下降，若選擇輸入阻抗大的放大器作為負(fù)載，則自整角變壓器輸出電壓下降不大。自整角變壓器的輸出電壓隨失調(diào)角變化的曲線如圖7.29所示。自整角變壓器在協(xié)調(diào)位置即時(shí)，輸出電壓為0，當(dāng)時(shí)輸出的電壓值叫比電壓，比電壓越大，控制系統(tǒng)越靈敏。         &#

56、160;                                      力矩式自整角機(jī)在隨動(dòng)系統(tǒng)中，不需放大器和伺服電動(dòng)機(jī)的配合，兩臺(tái)力矩式自整角機(jī)就可進(jìn)行角度傳遞，因而常用以轉(zhuǎn)角指示。其工作原理如圖7.30所示，兩臺(tái)

57、自整角機(jī)是相同的，左邊的一臺(tái)作發(fā)送機(jī)，右邊的一臺(tái)作接收機(jī)，兩臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁繞組接到同一單相交流電源上，三相整步繞組對(duì)應(yīng)相接。假設(shè)三相整步繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)在空間按正弦規(guī)律分布，磁路不飽和，并忽略電樞反應(yīng)，那么在分析時(shí)便可用迭加原理。當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為，接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為，在上述假設(shè)條件下，力矩式自整角機(jī)工作時(shí)電機(jī)內(nèi)磁勢(shì)情況可以看成發(fā)送機(jī)勵(lì)磁繞組與接收機(jī)勵(lì)磁繞組分別單獨(dú)接電源時(shí)所產(chǎn)生的磁勢(shì)的線性疊加。發(fā)送機(jī)單獨(dú)勵(lì)磁、接收機(jī)勵(lì)磁繞組開路的磁勢(shì)情況與控制式自整角機(jī)工作時(shí)磁勢(shì)相同；發(fā)送機(jī)三相整步繞組產(chǎn)生的合成磁勢(shì)與發(fā)送機(jī)勵(lì)磁繞組同軸，與相繞組軸線的夾角為，而在接收機(jī)中產(chǎn)生的磁勢(shì)與大小相等，但方向相反，也與接

58、收機(jī)相繞組軸線成角。  力矩式自整角機(jī)接線圖及磁勢(shì)圖發(fā)送機(jī)勵(lì)磁繞組開路、接收機(jī)單獨(dú)勵(lì)磁的磁勢(shì)情況與第一種情況類似：接收機(jī)三相整步繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)與接收機(jī)的勵(lì)磁繞組同軸，與接收機(jī)的相繞組軸線成角，而在發(fā)送機(jī)中產(chǎn)生的磁勢(shì)與大小相等方向相反，也與發(fā)送機(jī)的相繞組軸線成角。綜合上述兩種情況，每臺(tái)力矩式自整角機(jī)都存在三個(gè)磁勢(shì)，如圖7.30所示。兩臺(tái)相同的力矩式自整機(jī)的勵(lì)磁繞組接到同一交流電源上，產(chǎn)生的主磁通是一致的，即。力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)矩是定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相互作用而產(chǎn)生的。為分析自整角機(jī)的力矩，先來(lái)看看直軸、交軸磁勢(shì)是如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的。(a)    

59、60;       (b)              (c)             (d)                 (f

60、)  直軸交軸磁場(chǎng)（磁勢(shì)）間的電磁力如圖7.31（b）所示，在直軸磁通（磁勢(shì)）下，通電線圈產(chǎn)生的也是直軸磁勢(shì)，此時(shí)線圈也受到的電磁力的方向如圖所示，顯然不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。同樣的圖7.31（c）是產(chǎn)生交軸磁勢(shì)的線圈在交軸磁通（磁勢(shì)）下也不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。圖7.31（d）所示，在直軸磁通（磁勢(shì)）下，通電線圈產(chǎn)生的是交軸磁勢(shì)，線圈邊受力方向相反，使線圈產(chǎn)生順時(shí)針力矩，最終使線圈停水平位置，兩磁勢(shì)的軸線重合，同樣的，圖7.31（e）是產(chǎn)生直軸磁勢(shì)的線圈在交軸磁通（磁勢(shì)）下受到逆時(shí)針的轉(zhuǎn)矩。綜上所述，同軸磁勢(shì)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，直軸磁勢(shì)與交軸磁勢(shì)能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是使兩磁勢(shì)磁軸線靠攏。根據(jù)上述結(jié)論，再來(lái)

61、分析力矩自整角機(jī)的力矩及方向。在接收機(jī)中，與勵(lì)磁磁勢(shì)是同軸磁勢(shì)，故不會(huì)產(chǎn)生力矩，而與軸線的夾角即失調(diào)角，不同軸的磁勢(shì)則產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩：若把作直軸，那么可把分為直軸分量交軸分量，如圖7.32所示。直軸分量與Ff同軸不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，交軸分量則與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩稱為整步轉(zhuǎn)矩。若時(shí)產(chǎn)生的最大整步轉(zhuǎn)矩為，那接收機(jī)所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩可以表達(dá)為當(dāng)失調(diào)角越大，自整角接收機(jī)產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)矩的方向是使和靠攏，即轉(zhuǎn)子往失調(diào)角減小的方向旋轉(zhuǎn)，如為空載，最終會(huì)消除失調(diào)角q，此時(shí)，兩個(gè)力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角相等，隨動(dòng)系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)位置。但實(shí)際上，由于機(jī)械摩擦等原因的影響，使空載時(shí)失調(diào)角并不為0，而存在著一個(gè)較小的，誤差叫做靜

62、態(tài)誤差，即自整角發(fā)送機(jī)和接受機(jī)轉(zhuǎn)子停止不轉(zhuǎn)時(shí)的失調(diào)角。若主動(dòng)軸在外部力矩下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，處于連續(xù)不斷的變化中，那么與的差值使自整角接收機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角不斷跟隨，即接收機(jī)跟隨發(fā)送機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而使從動(dòng)軸時(shí)刻跟隨主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。需要說(shuō)明的是，如果兩臺(tái)力矩式自整角機(jī)完全一樣，   圖7.32 自整角接收機(jī)磁勢(shì)圖勵(lì)磁繞組又接同一個(gè)交流電源，那么自整角發(fā)送機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與接收機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小是相等的，轉(zhuǎn)矩的方向也是使與靠攏，也就是使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使失調(diào)角減小，但自整角發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸為主動(dòng)軸，自整角產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距根本不能使主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因而只有自整角接收機(jī)在因失調(diào)角存在而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，以減

63、小失調(diào)角，換言之，是接收機(jī)跟隨發(fā)送機(jī)旋轉(zhuǎn)。失調(diào)角與靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線如圖7.33所示，當(dāng)失調(diào)角時(shí)的靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩稱比整步轉(zhuǎn)矩，其值愈大，則系統(tǒng)靈敏度愈高。.   靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角的關(guān)系 自整角機(jī)的應(yīng)用自整角機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，常用于位置和角度的遠(yuǎn)距離指示，如在飛機(jī)、艦船之中常用于角度位置、高度的指示，雷達(dá)系統(tǒng)中用于無(wú)線定位等等；另一方面常用于遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)中，如軋鋼機(jī)軋輥控制和指示系統(tǒng)、核反應(yīng)堆的控制棒指示等等，圖7.34是自整角機(jī)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。圖7.34 快速同步攝像系統(tǒng)示意圖6.5  旋轉(zhuǎn)變壓器(頂部)旋轉(zhuǎn)變壓器是自動(dòng)裝置中較常用的精密控制電機(jī)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的

64、定子繞組施加單相交流電時(shí)，其轉(zhuǎn)子繞組輸出的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦余弦關(guān)系或線性關(guān)系等函數(shù)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動(dòng)機(jī)類似，其定子、轉(zhuǎn)子鐵芯通常采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳硅鋼片沖疊而成，在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯上分別沖有均勻分布的槽，里邊分別安裝有兩個(gè)在空間上互相垂直的繞組，通常設(shè)計(jì)為2極，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)電刷和集電環(huán)引出。旋轉(zhuǎn)變壓器的種類很多，其中正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，線性旋轉(zhuǎn)變壓器較為常用。 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器1. 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理轉(zhuǎn)子繞組輸出的電壓是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正余弦函數(shù)關(guān)系的旋轉(zhuǎn)變壓器叫正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其結(jié)構(gòu)圖如圖7.35所示。  正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)圖旋轉(zhuǎn)變壓器的定子鐵芯槽中裝有兩

65、套完全相同的繞組和，但在空間上相差90°。每套繞組的有效匝數(shù)為，其中繞組為直軸繞組，繞組為交軸繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯槽中也裝有兩套完全相同的繞組和，在空間上也相差90°，每套繞組的有效匝數(shù)為。轉(zhuǎn)子上的輸出繞組的軸線與定子的直軸之間的角度叫做轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。通常把交流電源接入定子直軸繞組中，那么直軸繞組就成為勵(lì)磁繞組，如果轉(zhuǎn)子上的輸出繞組開路，那么此時(shí)就是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載運(yùn)行，如圖7.36（a）所示。(a)               

66、;                (b)圖7.36  正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載運(yùn)行勵(lì)磁繞組通過(guò)交流電流在氣隙中建立一個(gè)正弦分布的脈振磁場(chǎng)，其軸線就是勵(lì)磁繞組（即直軸繞組）的軸線即直軸。而輸出繞組與磁場(chǎng)的軸線（直軸）的夾角為，故氣隙磁場(chǎng)與輸出繞組相交鏈的磁通。而另一輸出繞組的軸線與磁場(chǎng)軸線（直軸）的夾角為，那么氣隙磁場(chǎng)與相交鏈的磁通，如圖22.34（b）所示。據(jù)上述分析，氣隙磁場(chǎng)在勵(lì)磁繞組中所感生的電動(dòng)勢(shì)為氣隙磁通的兩個(gè)分量和分別在輸出繞組

67、和中所感生的電動(dòng)勢(shì)為    另外輸出繞組與勵(lì)磁繞組的有效匝數(shù)比為    因而輸出繞組和的感應(yīng)電勢(shì)為如果忽略勵(lì)磁繞組和輸出繞組的漏阻抗，則輸出繞組和的端電壓分別為通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小，輸出繞組輸出的電壓按余弦規(guī)律變化，故又叫余弦輸出繞組，繞組輸出的電壓按正弦規(guī)律變化，故叫做正弦輸出繞組。2. 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的負(fù)載運(yùn)行（1）負(fù)載電流的影響上面用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載運(yùn)行情況分析了其工作原理，但在實(shí)際應(yīng)用中，輸出繞組都接有負(fù)載，如控制元件，放大器等，輸出繞組有電流流過(guò)，從而產(chǎn)生磁通勢(shì)，使氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變，從而使輸出電壓產(chǎn)生畸變，不再是轉(zhuǎn)角的正、余弦函數(shù)關(guān)系。如圖7.37所示，輸出繞組接上負(fù)載，產(chǎn)生的負(fù)載電流建立一個(gè)按正弦規(guī)律分布的脈振磁勢(shì)，其幅值軸線就是繞組軸線，在直軸和交軸兩個(gè)方向上分為兩個(gè)分量：  正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的負(fù)載運(yùn)行直軸分量為            交軸分量為            直軸分量磁勢(shì)與勵(lì)磁繞組的軸線都是直軸，其影響同普通變壓器