電機(jī)及電力拖動(dòng)第14章-自整角機(jī)課件

1、第十四章 自整角機(jī) 14.1 基本結(jié)構(gòu) 14.2 工作原理 自整角機(jī)是一種感應(yīng)式機(jī)電元件。在系統(tǒng)中通常是兩臺或兩臺以上組合使用。其任務(wù)是將轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)角變換為電氣信號，或?qū)㈦姎庑盘栕儞Q為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，使機(jī)械上互不相聯(lián)的兩根或幾根轉(zhuǎn)軸同步偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、變換和接收。它廣泛應(yīng)用于運(yùn)距離指示裝置和伺服系統(tǒng)。 14.3 誤差概述 14.4 選用時(shí)應(yīng)注意的的問題及應(yīng)用舉例14.1 基本結(jié)構(gòu) 自整角機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與一般小型繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似。定子鐵心上嵌有三相星形聯(lián)結(jié)對稱分布繞組，通常稱為整步繞組。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)則按不同類型采用凸極式或隱極式，放置單相或三相勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)、電刷裝置與外電

2、路聯(lián)接，滑環(huán)是由銀銅合金制成，電刷采用焊銀觸點(diǎn)，以保證接觸可靠。接觸式自整角機(jī)結(jié)構(gòu)如圖。1-定子 2-轉(zhuǎn)子 3-阻尼繞組 4-電刷 5-接線柱 6-滑環(huán)14.2 工作原理14.2.1 力矩式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)的接線圖如圖，兩臺自整角機(jī)結(jié)構(gòu)完全相同，一臺作為發(fā)送機(jī)，另一臺作為接收機(jī)。它們的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接到同一單相交流電源，定子整步繞組則按相序?qū)?yīng)聯(lián)接。當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的轉(zhuǎn)子位置一致時(shí)，大小相等，方向相反，所以回路中無電流流過，因而不產(chǎn)生整步轉(zhuǎn)矩，此時(shí)兩機(jī)處于穩(wěn)定的平衡位置。當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子從一致位置轉(zhuǎn)一角度1時(shí)，則在整步繞組回路中將出現(xiàn)電動(dòng)勢，從而引起均衡電流。此均衡電流與勵(lì)磁繞組所建立的磁場

3、相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使接收機(jī)也偏轉(zhuǎn)相同角度。對于這一過程，分析如下。 設(shè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組軸線與定子整步繞組第一相的軸線重合時(shí)的位置為起始位置，轉(zhuǎn)子偏離起始位置的角度稱為位置角，則在起始位置時(shí)，位置角等于零。 當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子從起始位置逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)1時(shí)，三相整步繞組的電動(dòng)勢應(yīng)為整步繞組最大相電動(dòng)勢有效值磁動(dòng)勢空間相量圖發(fā)送機(jī)接收機(jī)同理可寫出接收機(jī)整步繞組電動(dòng)勢為接收機(jī)轉(zhuǎn)子從起始位置逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)的角度。由于發(fā)送機(jī)和接收機(jī)是由同一勵(lì)磁電源勵(lì)磁的，因此兩機(jī)定子繞組電動(dòng)勢在時(shí)間上是同成電動(dòng)勢為兩機(jī)定子電動(dòng)勢之差,，稱為失調(diào)角，是發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的位置角之差。設(shè)兩機(jī)定子繞組的阻抗相等，并以Z表示，則每相總阻抗為2

4、Z，于是各相回路電流的有效值為整步繞組各相回路中最大電流的有效值可見當(dāng)整步繞組中有電流通過，將產(chǎn)生磁動(dòng)勢，為便于分析計(jì)算，通常將三相整步繞組 中的三個(gè)空間脈動(dòng)磁動(dòng)勢，分解為直軸（d軸）即勵(lì)磁繞組軸線方向，交軸（q軸）直軸在空間按逆時(shí)針方向前移90。電角度。由交流電機(jī)繞組磁動(dòng)勢知單相基波磁動(dòng)勢的振幅值把上式代入得三相合成磁動(dòng)勢的直軸分量：把上式代入可得三相合成磁動(dòng)勢的交軸分量：整步繞組的合成磁動(dòng)勢：合成磁動(dòng)勢與交軸夾角 接收機(jī)和發(fā)送機(jī)的整步繞組是相對應(yīng)聯(lián)接的，它們的電流方向相反，數(shù)值相等，因此相應(yīng)的磁動(dòng)勢的振幅也相等，但是符號相反，即接收機(jī)整步繞組磁動(dòng)勢的直軸分量：接收機(jī)整步繞組磁動(dòng)勢的交軸分量

5、：接收機(jī)整步繞組的合成磁動(dòng)勢：合成磁動(dòng)勢與交軸的夾角：根據(jù)以上分析可知： 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)中的磁動(dòng)勢直軸分量、交軸分量和合成磁動(dòng)勢的大小以及合成磁動(dòng)勢與交軸的夾角與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的位置角無關(guān)，僅為失調(diào)角的函數(shù)。 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組磁動(dòng)勢的直軸分量均為負(fù)值，說明直軸電樞支應(yīng)為去磁作用。一般在指示狀態(tài)時(shí)，失調(diào)角很小，因此整步繞組磁動(dòng)勢的直軸分量也很小，可以忽略不計(jì)。 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組磁動(dòng)勢的交軸分量大小相等，方向相反；直軸分量則大小相等，方向相同。 力矩式自整角機(jī)的整步轉(zhuǎn)矩是由整步繞組中的電流和轉(zhuǎn)子主極磁場的相互作用而產(chǎn)生的。 自整角機(jī)在空間位置固定的三相整步繞組所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢，可以分

6、解為由隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)的d軸繞組和q軸繞組所產(chǎn)生的d軸磁動(dòng)勢FFd（或FJd）和q軸磁動(dòng)勢FFq（或FJq）。 根據(jù)電機(jī)理論可知，由勵(lì)磁磁動(dòng)勢產(chǎn)生的直軸磁通d和直軸磁動(dòng)勢之間不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；而直軸磁通d和交軸磁動(dòng)勢相互作用則將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，如圖所示。 整步轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的示意圖發(fā)送機(jī)接收機(jī) 通過以上分析可知，對力矩式自整角機(jī)，整步轉(zhuǎn)矩T系由交軸磁動(dòng)勢Fq與直軸磁通d的相互作用所產(chǎn)生。 在相同型號成對工作的力矩式自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)中，因采用同一勵(lì)磁電源，所以直軸磁通d相同；又合成磁動(dòng)勢的交軸分量FFq和FJq大小相等方向相反，由此可知，這時(shí)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)中的整步轉(zhuǎn)矩大小相等而方向相反。 如以外力強(qiáng)制發(fā)送

7、機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，發(fā)送機(jī)為了保持轉(zhuǎn)子原來的位置，所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩方向?qū)⑹琼槙r(shí)針的；接收機(jī)中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩則相反，即為逆時(shí)針方向，使轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到和發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子有同一位置的目的，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)角的傳遞任務(wù)。14.2.2 控制式自整角機(jī) 為了提高同步隨動(dòng)系統(tǒng)的精度和負(fù)載能力，常把力矩式接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組從電源斷開，使其在變壓器狀態(tài)下運(yùn)行。這時(shí)接收機(jī)將角度傳遞變?yōu)殡娦盘栞敵觯缓笸ㄟ^放大去控制一臺伺服電動(dòng)機(jī)，并將接收機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)減速器與機(jī)械負(fù)載聯(lián)系在一起。這種間接通過伺服電動(dòng)機(jī)來達(dá)到同步聯(lián)系的系統(tǒng)稱為同步隨動(dòng)系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，用來輸出電信號的自整角接收機(jī)稱為自整角變壓器?？刂剖阶哉菣C(jī)與

8、力矩式自整角機(jī)接線圖有兩點(diǎn)不同：1)、上圖接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組從單相電源斷開，并能輸出訊號電壓。2)、轉(zhuǎn)子繞組的軸線位置預(yù)先轉(zhuǎn)過了90。 電壓經(jīng)放大器放大后，接到伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組，使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)一方面拖動(dòng)負(fù)載，另一方面在機(jī)械上也有自整角變壓器轉(zhuǎn)子相連，這樣就可以使得負(fù)載跟隨發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)，直到負(fù)載偏轉(zhuǎn)的角度與發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度相等為止。自整角變壓器轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓信號式中Em接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢最大 值，即發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子與接收機(jī)轉(zhuǎn)子位置相 一致時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值。14.3 誤差概述 力矩式自整角機(jī)的整步轉(zhuǎn)矩必須大于其接收機(jī)轉(zhuǎn)軸的阻力轉(zhuǎn)矩（包括負(fù)載轉(zhuǎn)矩和接收機(jī)本身的摩擦轉(zhuǎn)矩等），它才能拖

9、動(dòng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子跟著發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間必然存在一定的失調(diào)角，這個(gè)角度就是力矩式自整角機(jī)轉(zhuǎn)角隨動(dòng)的誤差。顯然，失調(diào)角為1時(shí)，自整角機(jī)具有的整步轉(zhuǎn)矩（稱為比轉(zhuǎn)矩）越大，則角誤差越小。對于控制式自整角機(jī)，為了減小轉(zhuǎn)角隨動(dòng)誤差提高其精度，把發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的轉(zhuǎn)子都做成隱極式。減小速度誤差方法:1)選用高頻自整角機(jī)2)應(yīng)當(dāng)限制發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的轉(zhuǎn)速。14.4 選用時(shí)應(yīng)注意的問題及應(yīng)用舉例力矩式自整角機(jī)常應(yīng)用于精度較低的指示系統(tǒng)。如液面的高低，闡門的開啟度，液壓電磁閥的開閉，船舶的舵角、方位和船體傾斜的指示等等。下面通過一個(gè)實(shí)例來加以說明。如圖表示一液面位置指示器。浮子隨著液面的上升或下降，通過繩索帶動(dòng)自整角發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，將液面位置轉(zhuǎn)換成發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間再通過導(dǎo)線可以遠(yuǎn)距離聯(lián)接，于是自整角接收機(jī)轉(zhuǎn)子就帶動(dòng)指針準(zhǔn)確地跟隨著發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角變化而偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的位置指示。1-浮子 2-平衡錘3-發(fā)送機(jī)4-接收機(jī)控制式自整角機(jī)適用于精度較高、負(fù)載較大的伺服系統(tǒng)?，F(xiàn)以雷達(dá)高低角自動(dòng)顯示系統(tǒng)(如圖)來加以說明。 自整角發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)軸直接與雷達(dá)天線的高低角（即俯仰角）耦合，因此雷達(dá)天線的高低角就是自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角。控制式自整角接收機(jī)轉(zhuǎn)軸與由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)負(fù)載（刻度盤或火炮等負(fù)載）的軸相連，其轉(zhuǎn)角用表示。接收