控制电机——旋转变压器和自整角机
旋转变压器简介
旋转变压器简介旋转变压器是一种通过旋转方式来变换电压或电流的设备。
它由两个或更多个线圈、磁心和传动系统组成。
其中一个线圈被称为主线圈，另一个线圈则被称为辅助线圈或电感传感器。
工作原理当旋转变压器旋转时，主线圈和辅助线圈之间的磁通量会引起感应电动势。
通过改变辅助线圈上连接的电阻或电容的数值，可以调整旋转变压器的电压或电流输出。
旋转变压器也可以用于测量和控制电流和电压。
在电力系统中，旋转变压器通常被用来调节并稳定电压，以确保电力网络的稳定运行。
应用领域旋转变压器被广泛用于以下领域：1. 飞机模拟器在飞机模拟器中，旋转变压器通常被用于控制飞机的移动和飞行状态，如舵面和发动机的控制。
2. 机器人技术在机器人技术中，旋转变压器被用于控制机器人的运动和姿态；同时，它还可以检测机器人的位置和速度。
3. 电力系统在电力系统中，旋转变压器通常被用于控制电力网络中的电压和电流，以及保护和监测电力设备。
4. 工业自动化在工业自动化中，旋转变压器通常被用于控制电动机和其他工业设备的运动和速度。
5. 医疗设备在医疗设备中，旋转变压器通常被用于控制医疗仪器的动作和位置。
优点和缺点与传统的固定变压器相比，旋转变压器有以下优点：•可以增加输出电压或电流；•可以根据需要调节电压或电流输出；•可以提高电力系统的效率和稳定性；•适用于各种场合，非常灵活。
缺点是：•价格较高；•机械部件容易损坏。
总结旋转变压器是一种用于变换电压或电流的设备，它可以广泛应用于飞机模拟器、机器人技术、电力系统、工业自动化和医疗设备等领域。
虽然它具有许多优点，但也存在一些缺点。
因此，在选择旋转变压器时，需要综合考虑其应用环境、预算和性能需求。
电机学10
第十章控制电机一、填空1、控制电机一般有伺服电机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、直线电机、步进电机、感应同步器等。
2、控制电机一般有伺服电机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、直线电机、步进电机、感应同步器等。
3、控制电机一般有伺服电机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、直线电机、步进电机、感应同步器等。
4、控制电机一般有伺服电机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、直线电机、步进电机、感应同步器等。
5、控制电机一般有伺服电机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、直线电机、步进电机、感应同步器等。
6、控制电机一般有伺服电机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、直线电机、步进电机、感应同步器等。
7、在步进电机的步距角一定的情况下，步进电动机的转速与控制脉冲频率_成正比。
8、将电脉冲信号转换成相应角位移的控制电机是_步进电动机。
二、单项选择题1、伺服电机也称无惯性电机，主要是因为（ B ）A．电气控制原理方面B．采用了细而长的空心杯转子C．降低了电枢电压D．采用了直流控制2、下面不属于交流伺服电机的控制方法的是（ A ）A．变频控制：就是改变电源频率，进行速度控制。
B．幅—相控制：同时改变控制电压的幅值大小与相位来进行控制。
C．相位控制：保持控制电压的幅值不变，仅改变其相位来进行控制。
D．幅值控制：保持控制电压的相位不变，仅改变其幅值来进行控制。
3、在控制电机中的自整角机有电轴之称，在应用中不正确的为（ B ）A．自整角机可以三台以上同时应用。
B．自整角机单独使用时要注意电压的稳定。
C．单相自整角机可以两台以上同时应用。
D．三相自整角机可以两台以上同时应用。
4、下列直流测速发电机要求的性能中，不正确的是：（ D ）A．输出电压与转速成正比，基本上不受温度以及外界的影响。
B．在一定的转速下，输出的电压比较大。
C．不灵敏区一般要较小。
D．测速发电机的电流也必须与转速成正比，基本上不受温度以及外界的影响。
5、步进电动机的输出特性是（D ）A．输出电压与转速成正比B．输出电压与转角成正比C．转速与脉冲量成正比D．转速与脉冲频率成正比6、下述哪一条不是步进电机的独特优点（D ）A．控制特性好B．误差不会长期积累C．步距不受各种干扰因素的影响D．振动小，运转平稳7、某五相步进电动机在脉冲电源频率为2400HZ时，转速为1200r/min,则可知此时步进电动机的步距角为（B ）A．1.5° B. 3° C. 6° D. 4°8、某步进电动机转子有80个齿，定子采用三相六拍驱动方式，此时步进电动机的步距角为（ B ）A. 1.5°B. 0.75°C. 3°D. 6°9、用于角度的传输、变换和指示的控制电机是（ C ）A.测速发电机B.旋转变压器C.自整角机D.步进电动机10、直线电机实际上可以认为是一个直径（A ）A.很大的电机B.很小的电机C.不是太大的电机D.不是太小的电机11、旋转变压器的工作原理，实际上是利用（ D ）二次侧感应电势的工作原理。
电机中旋转变压器的作用
电机中旋转变压器的作用电机是现代工业生产中不可或缺的重要设备之一，它通过电能转换为机械能，驱动各种机械设备运转。
而在电机中，旋转变压器扮演着重要的角色，它起到了调节电压的作用，确保电机的正常运行。
旋转变压器是一种特殊的变压器，它的主要特点是可以旋转。
通常，电机中的旋转变压器由固定部分和旋转部分组成。
固定部分安装在电机的定子上，而旋转部分则连接在电机的转子上。
当电机运转时，旋转部分也会随之旋转。
旋转变压器的作用主要体现在以下几个方面：1. 电压调节：电机在运行过程中，需要不同电压的供电。
旋转变压器通过调节变压器的绕组比例，可以实现不同电压的输出。
这样，无论是在启动电机时还是在正常运行时，都能根据需要提供合适的电压，确保电机的正常工作。
2. 电流控制：电机在运行过程中，电流的大小会不断变化。
旋转变压器可以通过调节变压器的绕组数目，控制电流的大小。
这样，旋转变压器可以根据电机的负载情况，调整输出电流，保持电机的稳定运行。
3. 电能传递：旋转变压器作为电机的核心部件之一，起到了电能传递的作用。
它将电源提供的电能转换为适合电机运行的电压和电流，并通过转子传递给电机的负载。
这样，旋转变压器保证了电机能够高效地利用电能，实现机械能的输出。
旋转变压器在电机中起到了电压调节、电流控制和电能传递的重要作用。
它能够根据电机的需求，提供合适的电压和电流，保证电机的正常工作。
同时，旋转变压器的旋转特性使得它能够随着电机的旋转而灵活调整输出，适应不同工作状态。
正是因为旋转变压器的存在，电机才能够高效、稳定地运行，为各行各业的生产提供动力支持。
虽然旋转变压器在电机中起到了重要的作用，但它并不是万能的。
在实际应用中，还需要根据具体的电机需求，选择合适的旋转变压器。
同时，对旋转变压器的维护和保养也非常重要，以确保其正常工作。
只有充分发挥旋转变压器的作用，才能提高电机的效率，延长电机的使用寿命。
电机中的旋转变压器在电压调节、电流控制和电能传递等方面起到了重要作用。
控制电机中国电力出版社(习题解答)谢卫 答案
控制电机第一章旋转变压器 (1)第二章自整角机 (8)第三章测速发电机 (12)第四章伺服电动机 (18)第五章微特同步电动机 (26)第六章无刷直流电动机 (31)第七章步进电动机 (34)第八章直线电动机 (39)第九章超声波电动机 (43)第一章 旋转变压器1. 简述旋转变压器的工作原理。
答：旋转变压器是输出电压与转子转角成一定函数关系的特种电机。
以正余弦旋转变压器为例，在定子槽中安放两个相互垂直的绕组，其中直轴方向的S1—S2为励磁绕组，交轴方向的S3—S4为补偿绕组，如图1-1(a)所示。
在转子槽中也安放两个相互垂直的绕组R1—R2、R3—R4，它们是正余弦输出绕组，如图1-1(b)所示。
图1-1 旋转变压器的绕组结构首先分析空载运行时的情况，此时只有定子励磁绕组S1—S2施加交流励磁电压，其余三个绕组全部开路。
显然，励磁绕组将在气隙中产生一个脉振磁场，这个脉振磁场将在输出绕组中产生感应电动势，即式中，为转子输出绕组轴线与定子励磁绕组轴线重合时在输出绕组中感应电动势的有效值。
设在励磁绕组S1—S2中感应电动势的有效值为，则旋转变压器的变比为这样•U(a)(b)1•U D•Φ⎩⎨⎧==θθsin cos 2R22R1E E E E 2E D•ΦD•Φ1E 12u E E k =⎩⎨⎧==θθsin cos1u R21u R1E k E E k E与普通变压器类似，可以忽略定子励磁绕组的漏阻抗压降，即。
而空载时转子输出绕组的感应电动势在数值上就等于输出电压，所以上式表明，旋转变压器空载时其输出电压分别是转角的余弦函数和正弦函数，这样转子绕组R1—R2就称为余弦输出绕组，而绕组R3—R4称为正弦输出绕组。
2. 正余弦旋转变压器输出特性发生畸变的原因是什么？畸变补偿的方法有哪些？答：当正余弦旋转变压器输出绕组接了负载以后，其输出电压便不再是转角的正、余弦函数。
例如在图1-2中，正弦输出绕组R3—R4接有负载，其输出电压如图1-3所示，它偏离了期望的正弦值，这种现象称为输出特性的畸变。
旋转变压器的工作原理及应用
旋转变压器的工作原理及应用旋转变压器的工作原理及应用旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。
在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。
定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。
激磁电压接到转子绕组上，感应电动势由定子绕组输出。
常用的激磁频率为400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
因此，在数控机床上广泛应用。
通常应用的旋转变压器为二极旋转变压器，其定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组。
另外，还有一种多极旋转变压器。
也可以把一个极对数少的和一个极对数多的两种旋转变压器做在一个磁路上，装在一个机壳内，构成“粗测”和“精测”电气变速双通道检测装置，用于高精度检测系统和同步系统。
什么是旋转变压器以及应用方式什么是旋转变压器以及应用方式旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。
在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。
定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。
激磁电压接到转子绕组上，感应电动势由定子绕组输出。
常用的激磁频率为400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
因此，在数控机床上广泛应用。
通常应用的旋转变压器为二极旋转变压器，其定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组。
另外，还有一种多极旋转变压器。
也可以把一个极对数少的和一个极对数多的两种旋转变压器做在一个磁路上，装在一个机壳内，构成“粗测”和“精测”电气变速双通道检测装置，用于高精度检测系统和同步系统。
旋转变压器的应用旋转变压器作为位置检测装置有两种应用方式：鉴相方式和鉴幅方式。
高精度自整角机／旋转变压器模拟直流转换器的设计
ＫＥ ＷＯＲＤＳ： ｙ ｃ ｒ ／ ｅ ｏｖ ｒ Ｖｏｔ ｇ ； Ｙ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｒ ｓ １ ｅ ； ｌａ ｅ Ｃｕ ｒ ｎ ； ｎ ｅ ｓｏ Ｉｏ ａｉ ｎ ｒｅ ｔ Ｃｏ ｖ ｒ ｉｎ； ｓ ｌｔ ｏ
流电压转换器 不适 合 远距 离传 输 的系 统 ，极 大 地 限
制 了它的应用 。 因此 提 出 了一种 以轴角 数 字转 换 技
精度高等优点 ，结合 高精 度 Ｄ Ａ 和 ｖ Ｉ 换技 术 以 ／ ／变 及信号隔离技术来实现 。总体设计框 图如 图 １ 所示 。
０ 引 言
自整 角机／ 旋转变压 器作为轴 角测量元 件 ，为 自 动控 制系统 提供 低成 本 、高精 度 的位 置 传感 器 。而 在 工业检测控制领 域 中，往往 需要把 自整 角机／ 转 旋
自整角 机／ 转变压器 信号直 接转换成标 准工业 电流 旋
信 号 ４ Ａ￣２ ｍＡ 电流 ，通过 双 绞线 进行 信 号 远距 ： ｍ ０
ＡＢ Ｔ Ｓ ＲＡＣ Ｔ：Ｂａ ｅ ｎｔ ｅｔ ｅ ｒ ｆ ｉｈ ｐ ｅ ｉｉｎ ｓ ｎ ｈ ｏ ｒ ｓ ｌｅ ｏｄｇ ｔｌ ｈ ｉｈ ｐ ｅ ｉｉｎ ｓ ｄｏ ｈ ｈ ｏ ｙｏ ｇ ｒ ｃｓｏ ｙ ｃ ｒ ／ ｅ ｏ ｖ ｒｔ ｉｉ ，ｔ ｅｈ ｇ ｒ ｃｓ ｈ ａ ｏ
ｂ ｅ ｅ ｉ ｎ ｄ ａ ｄ ｍ ａ ｅ ｂ ｏ ｐ ｅ ｅ ｓｖ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｈ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ｉ ｉ ｌ ｏ ａ ａｏ ｏ ｔ ｇ ， ａ — ｅ ｎ ｄ ｓｇ ｅ ｎ ｄ ｙ ｃ ｍ ｒ ｈ ｎ ｉ ｅ ｅ ｌ ｙ ｎ ｉ ｈ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ｄ ｇ ｔ ｎ ｌ ｇ ｖ ｌａ ｅ ａ ｔ ｎ
第12章 控制电机
椭圆形旋转磁场 的矢量表示
二、单相异步电动机的主要类型和起 动方法
1、分相式电动机
分相式电动机的主绕组和辅助绕组空间上 相差90°电角度，接在同一单相电源上。 在辅助绕组中串入适当的电容、电阻或电 感，使两个绕组电流的相位不同。这样就 可以在电动机内形成一种旋转磁场，从而 产生起动转矩。
幅值控制
相位控制
幅相—控制
2、调节特性 调节特性是指输出转矩一定时，转速与控制电压信号变化的关 系。
幅值控制
相位控制
幅相—控制
第3节 测速发电机
用途：检测机械转速信号。
直流测速发电 机的工作原理
要求：1）高精度； 2）高灵敏度。
一、直流测速发电机
结构及工作原理 直流测速发电机的结构与普通小型直流 发电机相同。采用他励式励磁方式。
且单相励磁时的机械特性
（三）控制方法
不仅能够控制停止和转动，还要能够控制转速和转动方向。 1、幅值控制——保持控制电压相位不变，改变其幅值进行控制 2、相位控制——保持控制电压幅值不变，改变其相位进行控制 3、幅—相控制——同时改变控制电压的幅值和相位来进行控制
（四）机械特性和调节特性
1、机械特性 在此处，机械特性是指控制电压信号一定时，电磁转矩随转速 变化的关系。
罩极式电动机 的磁通相量图
罩极式电动机 的结构示意图
穿过短路铜环 的总磁通是由 两部分磁通合 成的， k 与未穿过铜环 部分的磁通 0
形成一定的相 位差。
12.2 伺服电机
把输入的控制信号转变为角位移或角速度输出
要求：可控性、稳定性、快速响应 • 直流伺服电机 • 交流伺服电机
pZ E0 0 n Ce 0 n 60a
控制电机第六章 自整角机_OK
bp1为基波每相磁密瞬时值；Bm1为基波每相电流达最大值时产生的磁密幅值； X为沿周长方向的空间弧度值。
15
2.定子绕组的感应电流
发送机上的转子励磁绕组通入电流后，产生脉振磁通， 匝链到定子各相绕组产生感应电势。 转子处于某一位置，定子三相绕组的感应电势在时间的相位彼 此相同，而感应电势的大小则与转子绕组在空间的位置有关。
4
➢力矩式自整角机有时会用到差动自整角机
差动式发送机（ZCF，TDX），差动式接收机（ZCJ，TDR） 差动发送机接于“ZLF”和“ZLJ”之间，将“ZLF”转角 和自身的转角的和（或差）转变为电信号，输至“ZLJ”； 差动接收机串接于两个“ZLF”之间，接收电信号，将自 身的转角为两发送机转角的和（或差）。
转子转过任意角 1时，磁密在
D1D4轴线的分量分别：
Bf cos1 匝链D1D4绕组 Bf sin1 不匝链D1D4绕组
设 m为一个极的磁通
量，D1相绕组所匝链的 励磁磁通幅值为：
1 m cos1 16
三相定子绕组 所匝链励磁磁 通的幅值为：
1 m cos1 2 m cos(1 1200) 3 m cos(1 2400)
[注意] ：三相整步绕组中的电流是单向电流。
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两机处于协调位置
发送机偏转造成失调
处于协调位置时，两机 的三相整步绕组感应电势 对应相等，整步绕组中没 有电流流过，气隙只有励 磁磁场，转子都不受力。
失调后整步绕组有电流， 磁场变化，转子受力。
失调时两机的受力情况
33
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5差动式自整角机
35
36
if I fm sint
某一瞬间磁场的轴线即为励磁绕组的轴线，而实际励磁绕组 中电流if随时间作正弦（或余弦）变化，因此磁通密度也随 之变正变负，变大变小。
自整角机与旋变
1.自整角机的极对数答：自整角机也与旋转变压器一样，也可以做成多级的，也广泛用于双、三通道的同步系统中，工作原理相同。
多级旋变和两级旋变的工作原理相同，不同的是，例如电机有p对级，转子转过360/p度期间，其线圈所匝链的磁通变化情况与两级旋变转过360度是一样的，因此，在这个过程中两者感应电势的变化也完全一样。
在电机中常常定义一对级占360度电角度，所以转子转过360/p机械角度，电角度已经变化360度。
多极旋变与多级自整角机精度比单级的要高，常用做双通道测量系统中的精机。
2.自整角机与旋变的主要指标答：一．自整角机按使用要求不同，分为控制式自整角机和力矩式自整角机。
一般都是成对使用。
控制式自整角机中，又分为控制式发送机（ZKF)，控制室差动发送机（用于差角随动系统中，接在控制式发动机与自整角变压器之间，代号ZKC），自整角变压器。
力矩式自整角机分为，力矩式发送机（ZLF），力矩式差动发送机（ZCF)，自整角接收机（ZLJ)自整角机的主要技术指标：1.频率，指激磁电源的频率。
常用的是400Hz，也有50Hz。
频率越高，速度误差越小。
2.激磁电压：加在激磁绕组上产生激磁磁通的电压。
（GB/T 13138-2008）3.最大输出电压：指额定激磁时自整角机副边的最大线电压。
对于发送机和接收机均指定子绕组最大线电势，对自整角变压器，则指输出绕组最大电势。
（常见的有9V,12V,16V,36V,90V,110V,115V)4.空载电流和空载功率：指副边空载时，激磁绕组的电流和消耗的功率。
5.开路输入阻抗：指副边开路，从原边（激磁端）看进去的等效阻抗。
（注：自整角变压器是指输出绕组（转子）开路，从定子绕组两端看进去的阻抗）6.短路输出阻抗：指原边（激磁端）短路，从副边绕组两端看进去的阻抗。
7.开路输出阻抗：指原边（激磁端）开路，从副边绕组两端看进去的阻抗。
自整角机的性能指标：1.电气误差：来源：工艺、结构、材料方面的因素使得理论分析条件与实际有差别（详见书P94）测定：用一台精度为零级的自整角发送机，被测自整角机当自整角变压器，放到精密分度盘上，发送机从0度开始每次转过15度，转动分度盘使输出电压最小，理论上每次变压器也转过15度，实际上转过的度数与15度的差值即是每一次的误差值，一共得到24个误差值。
电机与拖动 总复习二 课堂笔记及练习题
电机与拖动总复习二课堂笔记及练习题主题：总复习二学习时间：2017年1月30日--2月5日内容：我们这周主要复习课件6-11章涉及的基本概念。
希望通过下面的内容能使同学们加深对这几章内容基本概念的理解。
一、控制电机控制电机主要用于自动控制系统中作为检测、比较、放大和执行元件，其主要任务是转换和传递控制信号。
控制电机的种类繁多，其中包括：1.伺服电动机伺服电动机是应用在伺服系统中的驱动电动机（或称为执行元件），以实现对机械位置或角度的自动控制。
伺服电动机具有可控性好、响应速度快、定位准确、调速范围宽等特点。
按工作电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。
2.步进电动机步进电动机又称为脉冲电动机，其功能是将电脉冲信号转变为响应的角位移或线位移。
步进电动机作为执行元件用于数字控制系统中，按照控制脉冲的要求，迅速起动、反转、制动和无级调速，运行时能够不失步，无积累误差、步距精度高，广泛用于数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合。
步进电动机按结构分类，有反应式、永磁式和永磁感应式3种。
3.测速发电机测速发电机是一种把转速信号转换成电压信号的测量元件（或称信号元件），与伺服电动机的运行状态正好相反。
作为测量元件，要求测速发电机的输出电压与转速成严格的线性关系，且斜率要大，以保证有高的精度和灵敏度。
测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。
直流测速发电机按励磁方式又分为他励式和永磁式。
4.自整角机自整角机是一种感应式交流电机，能够实现转角与电信号的相互转换。
它广泛应用于角度、位置等指示系统和随动系统中，实现角度的传输、变换和指示，使机械上互不相连的两根或多根轴同步偏转或旋转（对角位移或角速度的偏差自动整步）。
自整角机通常是两台或多台组合使用，装在主令轴上的是自整角发送机，用以接收主令轴的转角信号，装在从动轴上的是自整角接收机，用以接收发送机的信号，使从动轴随主令轴同步转动。
旋转变压器.
图8.14 正余弦旋转变压器结构原理图
2．正余弦旋转变压器的工作原理
正余弦旋转变压器的转子输出电压与转子转角 呈正弦或余
弦关系，它可用于坐标变换、三角运算、单相移相器、角度数字
转换、角度数据传输等场合。正余弦旋转变压器的工作原理如图 8.14所示。
在定子绕组D1D2施以交流励磁电压U1 ，则建立磁通势F而产
机出一的个转与子两绕转组轴Z3的Z4差做角输出=绕 1组-，2输成
正弦函数的电动势，当差角较小且
图8.16 用一对旋转变压器测量 差角原理图
用弧度表示时，该电动势近似正比
于差角。可见一对旋转变压器可用
来测量差角。
旋转变压器与自整角机的比较
用一对旋转变压器测量差角的工作原理 和用一对控制式自整角机测量差角的工作原 理是一样的。因为这两种电机的气隙磁场都 是脉振磁场，虽然定子绕组的相数不同（自 整角机的定子绕组为三相，而旋转变压器为 两相），但都属于对称绕组，所以两者内部 的电磁关系是相同的。但旋转变压器的精度 比自整角机要高很多。
8.4 旋转变压器
旋转变压器是一种结构和制造工艺都十分精 细的控制电机，其精度很高。旋转变压器主要有 正余弦旋转变压器和线性旋转变压器两种。正余 弦旋转变压器主要用于要求坐标变换、三角运算 的场合，线性旋转变压器主要用于要求将转角转 换成电信号的场合。
1．基本结构
旋转变压器实质是二次绕组
（转子绕组）可以旋转的特殊变压 器。当一次绕组（定子绕组）接单 相交流电源励磁，转子转过不同的 角度时，定、转子绕组之间的磁耦 合关系随之改变，使旋转变压器的 输出电压与转子的转角具有某种函 数关系。
旋转变压器分为定子和转子两大
部分，一般制成两极电机。定、转
子铁心采用高导磁率的软磁材料或
电力拖动自动控制知识点总结
第1章绪论1、电机的分类？①发电机（其余能→电能）直流发电机和沟通发电机②电动机（电能→其余能）直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励）和无换向器直流电动机（又属于一种特别的同步电动机）沟通电动机：同步电动机异步电动机：鼠笼式、绕线式、伺服电机控制电机：旋转变压器自整角机力矩电机测速电机步进电机（反响式、永磁式、混淆式）2、依据直流电机转速方程n U IR—电枢电流（ A）； R —电枢回路总电阻（）；n —转速（r/min ）； U —电枢电压（ V） I ΦC e—励磁磁通（ Wb）； Ke —由电机构造决定的电动势常数。
；（）改变电三种方法调理电动机的转速：（）调理电枢供电电压U；（）减弱励磁磁通1 2 3枢回路电阻R。
调压调速：调理电压供电电压进行调速，适应于： U≤Unom，基频以下，在必定范围内无级光滑调速。
弱磁调速：无级，合用于Φ≤Φ nom，一般只好配合调压调速方案，在基频以上 ( 即电动机额定转速以上 ) 作小范围的升速。
变电阻调速：有级调速。
问题 3：请比较直流调速系统、沟通调速系统的优弊端，并说明此后电力传动系统的发展的趋向。
* 直流电机调速系统长处：调速范围广，易于实现光滑调速，起动、制动性能好，过载转矩大，靠谱性高，动向性能优秀。
弊端：有机械整流器和电刷，噪声大，保护困难；换向产生火花，使用环境受限；构造复杂，容量、转速、电压受限。
*沟通电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）长处：异步电动机构造简单、牢固耐用、保护方便、造价便宜，使用环境广，运转靠谱，便于制造大容量、高转速、高电压电机。
大批被用来拖动转速基本不变的生产机械。
弊端：调速性能比直流电机差。
*发展趋向：用直流调速方式控制沟通调速系统，达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采纳同步电机调速系统 .第 2 章闭环控制的直流调速系统1、常用的可控直流电源有以下三种旋转变流机组——用沟通电动机和直流发电机构成机组，以获取可调的直流电压。
控制电机复习题
《控制电机》复习提纲一、填空题：1、同步电机负载运行时，气隙中存在两种磁势分别是隐极式和凸极式。
2、汽轮发电机的转子结构一般采用隐极式。
3、同步电动机通常工作在过励状态下，从电网吸收容性的无功功率，向负载提供感性的无功功率，从而提高电网的功率因素。
4、同步调相机主要运行在状态下，专门向电网供给功率，以提高功率因素。
5、为了减小交流伺服电动机（或交流测速发电机）的转动惯量，转子结构采用非磁性空心杯形，通常采用高电阻率的硅锰青铜或锡锌青铜材料制成。
6、步进电动机是用脉冲电信号进行控制的，其转速大小取决于控制绕组的脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关；其旋转方向取决于控制绕组的轮流通电的顺序。
7、同步电动机是通过转子上装置阻尼绕组来获得起动转矩。
8、要改变伺服电动机的转速和转向，应改变其电机极数和电源频率、电压方向。
9、、交流伺服电动机为获得圆形旋转磁场，应使控制电压和励磁电压相位上相差90°，采用两相对称绕组通入两相对称电流方法获得。
10、无刷直流电动机可以通过改变来实现无极调速。
11、测速发电机能够将输入的转速信号转换为输出的电压信号。
12、控制式自整角机应用于角度和位置的检测元件，实现机械角度和电信号之间的转换。
13、旋转变压器主要应用于解算装置和高精度随动系统中。
14、磁悬浮高速列车是应用了同步直线电动机的原理，它将初级线圈和铁心装在列车上，铁轨作为次级线圈。
15、磁盘存储器中应用的是音圈式直线直流电动机，用它控制磁头可以代替原来的步进电动机及齿条机构。
16、举例说明下列几种控制电机的实际应用：步进电动机：数控机床、绘图机、轧钢机的自动控制、自动记录仪表、数模变化；微型同步电动机：驱动仪器仪表中的走纸、打印记录机构、自动记录仪、电子钟、电唱机、录音机、录像机、磁带机、电影摄影机、放映机、传真机、无线电通讯设备；无刷直流电动机：高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域；直线异步电动机：低速磁悬浮列车。
控制电机的种类
•
同时， 控制电机的使用范围很广， 从地下、
水面、 海洋到高空、 太空以至原子能反应堆等地方都 在使用， 而且工作环境条件常常十分复杂， 如高温、 低温、 盐雾、 潮湿、 冲击、 振动、 辐射等， 这就要 求电机在各种恶劣的环境条件下仍能准确、 可靠地工 作。
•
另外，很多使用场合(尤其在航空航天技术中使
用)还要求控制电机体积小、重量轻、耗电少，所以我
们常见到的控制电机很多都是体积很小的微电机。像
电子手表中用的步进电动机，直径只有6 mm，长度为
4 mm左右， 耗电仅几微瓦，重量只有十几克。
图 1 - 7 旋转变压器的控制特性
2 控制电机的特点
•
人们在日常的工作和生活中也经
常要用到电机， 例如电灯所用的电是由
发电机发出的， 抽水机要用电动机来带
动， 工厂里车床要用电动机才能旋转，
手电钻里装的也是电机。 这些电机与上
面研究的控制电机有些什么不同呢?
•
从所举的例子中可以看出， 日
常生活和工作中遇到的电机一般是作为
是将电信号转换成轴上的角位移或角速度以及直线位 移和线速度， 并带动控制对象运动。
•
理想的直流伺服电动机和交流伺服电动机的转
速与控制信号的关系如图 1-3 所示， 转速和控制电压
的关系成正比关系， 而转速的方向由控制电压的极性
来决定。 步进电动机的转速与脉冲电压的频率成正比，
如图 1 - 4 所示。
控制电机的种类
•
控制电机的种类很多， 除了自
整角机、 直流伺服电动机和测速发电机
外， 还有交流伺服电动机、 交流测速发
电机、 旋转变压器、 无刷直流电动机、
步进电动机等。 根据它们在自动控制(功率元件)
自整角机
自整角机姓 名 李程 学 号 20096690 院、系、部 电气工程系 班级 方0910-6 完成时间2012年5月17日※※※※※※※※※ ※※※※ ※※※※※※※※※※※ 2009级控制电机摘要《控制电机》包括伺服电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器和步进电动机。
自整角机按其功能可分为力矩式自整角机和控制式自整角机。
力矩式自整角机通常用于角度传输的指示系统，即同步传递角位移或同步旋转系统，也就是小功率同步随动系统。
控制式自整角机主要用于由自整角机和伺服电动机构成的随动系统，其接收机不直接带负载，即不输出力矩。
力矩式用于同步指示系统；控制式用作测角元件。
自整角机是利用自整步特性将转角变为交流电压或由转角变为转角的感应式微型电机，在伺服系统中被用作测量角度的位移传感器。
自整角机还可用以实现角度信号的远距离传输、变换、接收和指示。
两台或多台电机通过电路的联系，使机械上互不相连的两根或多根转轴自动地保持相同的转角变化，或同步旋转。
电机的这种性能称为自整步特性。
在伺服系统中，产生信号一方所用的自整角机称为发送机，接收信号一方所用自整角机称为接收机。
自整角机广泛应用于冶金、航海等位置和方位同步指示系统和火炮、雷达等伺服系统中。
关键词：控制电机自整角机力矩式控制式Abstract" Control" includes a servo motor, the motor tachogenerator, synchro, a rotary transformer and a stepping motor. Synchro according to their function can be divided into torque synchro control synchro. Torque synchro usually used for angle transmission indication system, namely synchronous transfer of angular displacement or synchronous rotation system, is also the small power synchronous servo system. Control synchro used primarily by the synchro and servo motor consists of servo system, the receiver can not directly with the load, the output torque. Torque type used for synchronizing system; control type used as measuring element. Synchro is the use of the characteristics of the corner step into AC voltage or by corner to corner the induction type micro motor, servo systems are used as the measurement of the angle displacement sensor. Synchro can also be used to realize the angle signal remote transmission, transformation, receiving and instructions. Two or more motors through circuit connection, so that the machines are not connected with each other by two or more rotating shaft automatically maintains the same angle changes, or synchronous rotation. Motor this performance is called self synchronizing characteristics. In a servo system, a method for generating signal of synchro called transmitter, receiving a signal of a party with synchro called receiver. Synchro are widely used in metallurgy, navigation and position and azimuth synchronizing system and artillery, radar servo system.Key Words:Control motor Selsyn Torque type Control type目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)引言 (4)一概述 (5)㈠自整角机的功能与分类 (5)㈡自整角机的结构 (5)二控制式自整角机 (6)㈠控制式自整角机的工作原理 (6)㈡控制式自整角机的差动运行 (6)㈢控制式自整角机的性能指标 (6)三力矩式自整角机 (6)㈠力矩式自整角机的工作原理 (6)㈡力矩式自整角机的差动运行 (7)㈢力矩式自整角机的主要技术指标 (7)㈣力矩式自整角机的应用举例 (7)四直线自整角机 (7)五自整角机的选择和使用 (7)㈠自整角机的技术数据 (8)㈡选用时应注意的事项 (8)㈢使用中应注意的问题 (8)结论 (9)参考文献 (10)引言自整角机是一种将转角变换成电压信号或将电压信号变换成转角，以实现角度传输、变换和指示的元件。
什么是位置信号电机和速度信号电机？
什么是位置信号电机和速度信号电机？信号电机主要包括位置信号电机和速度信号电机两大类，旋转变压器、感应同步器、自整角机等都属于位置信号电机，测速发电机是主要的速度信号电机。
一、位置信号电机1.旋转变压器旋转变压器是指以可变耦合原理工作的交流控制电机。
它的副方(次级)输出电压与转子转角呈确定的函数关系。
其本质上是一种可以随意改变一次绕组和二次绕组耦合程度的变压器用在SA37减速机上。
其结构和绕线式异步电动机相同，定子和转子各有两组相互垂直的分布绕组，转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。
当一次绕组励磁以后，二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦、余弦、线性或者其他函数关系，可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算，还可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。
2.感应同步器感应同步器是一种高精度的位置或角度检测元件，有圆盘式和直线式两种。
圆盘式感应同步器用来测量转角位置;而直线式感应同步器用来测量线位移。
3.自整角机自整角机是一种角位移信息发送、接收、转换用交流控制电机，是自整角机发送机、自整角接收机、自整角差动发送机、自整角差动接收机和自整角控制变压器的总称。
这种涡轮减速机被广泛地应用于随动系统中，作为角度传输、变换和指示的装置。
在控制系统中经常两台或者多台联合使用，使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角变化，或者同步旋转。
二、速度信号电机最有代表性的速度信号电机是测速发电机，测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置，它能把机械转速变换成电压信号，其输出电压与输入的转速成正比关系，在VEMT 减速箱的自动控制系统和计算装置中通常作为测速元件、校正元件、解算元件和角加速度信号元件等，其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件。
从工作原理上讲，它属于“发电机”的范畴。
测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。
测速发电机有直流和交流之分；而直流测速发电机又有他励和永磁之分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小，作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上限。
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可以求得反三角函数。
§10-2 自整角机
自整角机的类型和结构
测量元件 交流元件
2-放大器
1-交流伺服电机 3-减速器
4-自整角接收机 5-刻度盘 6-自整角发送机
则交轴合成磁通必然在正、余弦绕组中产生感应电动势。显然这 个感应电动势的出现将破坏输出电压与转角成正、余弦函数的关 系，造成输出特性的畸变。
(三)原边补偿
为了使旋转变压器输出电压与转角有严格 的正、余弦关系，必须设法消除引起畸变的负 载磁通的交轴分量，消除的方法可采取原边补 偿。
原边补偿是指旋转变压器在上述的负载工 作情况下，再将交轴绕组短接，如图10-4所示。
设余弦输出绕组轴线与直轴的夹角为q，为了求两输出电压，可将励 磁磁通F 沿正、余弦两绕组轴线分解为两个分量F cosq和F sinq 。
一个分量Fcosq 将在余弦绕组中感应变压器电动势，其有效值Ec为
Ec 4.44 fN 2Fm cosq Ecm cosq
(10-1)
式中，N2——转子每相绕组的有效匝数；
旋转变压器原理结构如图10-1所示，图10-2为示意图。其定子、转子铁心 由电工钢片或高导磁铁镍合金钢片叠压而成。而定子、转子铁心槽内分别嵌 有两相对称分布绕组。两相绕组在空间互差900电角度，结构参数完全一样。
定子两相绕组分别为主绕组(或称励磁绕组)S1S3和辅助绕组(又称交轴绕组 S2S4。转子两相绕组中R2R4称为正弦输出绕组，R1R3称为余弦输出绕组。
当励磁绕组接通电源后，便在电
机中产生直轴脉动磁通F，它将在转
子两输出绕组中感应变压器电动势Es 和Ec。因为两绕组分别接有负载，所 以两电路中分别流有Is和Ic并在气隙中
建立两个脉动磁通Fs和Fc。
为了便于分析问题，把Fs分解成与 励磁绕组轴线一致的直轴分量Fssinq
和与励磁绕组轴线垂直的交轴分量
Ecm——副边感应电势的最大有效值，即转于转角q为零时，余弦
绕组的感应电势的有效值；
Fm——激磁磁通的最大值。
现定义旋变的变比Ku是
Ku Ecm / E f N2 / N1
(10-2)
式中， N1——定子每相绕组的有效匝数；
Ef——F在激磁绕组中的感应电势有效值。
将式(10-2)代人(10-1)，则
正、余弦旋转变压器转子
一、正、余弦旋转变压器
(一)空载工作原理
正、余弦旋转变压器空载是指 输出绕组(即副边)R1~R3和R2~R4开 路，定子交轴绕组S2~S4开路，惟 有定子励磁绕组S1~S3施加交流电 源电压Uf，如图10-2所示。
若将励磁绕组轴线方向定为直 轴，这时将在电机气隙中产生一个 空间位置不变、大小交变的直轴磁
线性旋转变压器的输出电压表达式。
因补偿绕组短接作为原边补偿，可以认为交轴分量磁密Fcq得到完
全补偿，所以，气隙中不存在交轴磁场。这时，在旋转变压器中只有
合成的直轴磁通F，它只是Ff和Fcd合成的直轴磁场产生的。直轴磁通 F 分别与励磁绕组，正、余弦输出绕组相匝链，并在它们中分别产生
感应电势Ef、Ec和Es。这些电势在时间上同相位，分别为
Ec Ku E f cosq
(10-3)
励磁绕组和余弦绕组的电压方程是
Uf Ef If Z1 Uc Ec IcZc
如果忽略激磁绕组的阻抗，而且转子绕组开 路（Ic=0），这样，有
Uf Ef
Uc Ec KuU f cosq
(10-4)
即余弦绕组输出电压与转角q 有严格的余弦关系。
同理，脉振磁通F 的另一个分量F sinq 将在正弦绕组中感应变压
第十章 旋转变压器和自整角机
转动的变压器，输出电压与转子的转角有关
旋转变压器旋转变压器和自整角机都是一种一次、二次绕组能相对 转动的变压器。其一次、二次绕组分别放置在定子、转子上。一次、 二次绕组之间的电磁耦合程度与转子转角有关，因而转子绕组的输出 电压与转子转角有关。旋转变压器是一种输出电压随转子转角以一定 规律变化的交流电机。旋转变压器可以看成是一种能转动的变压器。
接触式旋转变压器的转子绕组通过滑环、电刷与外电路相连接。定子、转子 之间是空气隙。
一般变压器原、副边两绕组是相对固定的，全部主磁通F 与原绕组和副绕组匝链， 感应电势的大小仅仅与匝数有关。如果副绕组相对原绕组能够转动其一角度q， 此时则只有部分磁通(如F sinq ，F cosq 等)与副绕组匝链，所以副边感应电势的 数值不仅是匝数的函数，而且是转角q 的函数。一般匝数是固定不变的，则副边 感应电势的值就只是转角q的函数，所以我们把这种副绕组能够转动的变压器称 为旋转变压器。
以足够精确地符合线性关系。
旋转变压器作为解算元件时可以进行坐标变换，求三角函数及反三角
函数。下面举一个求反三角函数的例子:已知E1，E2可以求q=cos-1E2/E1
这时接线图如右图所示，电压E1加 在转于绕组Rl-R3上，定子绕组Sl-S3和电压 E2申联后接至放大器，经放大器放大后供 给伺服电动机，伺服电动机通过减速器与
旋转变压器机械耦合。绕组Rl-R3和绕组SlS3完全相同，ku=1，若忽略绕组Rl-R3的电 阻和漏抗，则绕组Rl-R3所产生的激磁磁通
在绕组Sl-S3中感应的电势为E1cosq。放大 器的输入电势为E1cosq-E2。当E1cosq-
E2=0时，伺服电动机便停止转动，这时
E2/E1=cosq，所以转子转角q=cos-1E2/E1，
ZC ZLC
ZS ZLS
绕组阻抗应满足：
ZC Z LC ZS Z LS
因为一般转子上两个绕组是完全相同的，即Zc=Zs
因此有:
ZLs=ZLc
也就是说，负载工作时，若两负载阻抗相等，正、余弦旋变器的
输出与转角q 仍有严格的正、余弦关系。通常把此种状态称为副
边补偿。
同时我们不难看出，
当交轴磁通 Fscos q≠Fcsinq 时，
二、线性旋转变压器
1、空载式时的线性旋转变压器的输出电压表达式
当旋转变压器输出电压在一定转角范围内与转角成正比时，我们 称这种旋转变压器为线性旋转变压器。
在旋转变压器中，把励磁绕组和余 弦绕组串联后接到交流电源Uf上，便构 成了线性旋转变压器。如图10-7所示。
有电流If流过这两个绕组，分别产生Ff 和Fc，磁密Ff为直轴磁密，而Fc可分解 为直轴分量Fcd=Fccosq和交轴分量Fcq= Fcsinq ，当R2R4绕组开路时，我们来求
s in q cosq )
经数学推导证明，当ku≈0.52时，在q =±600范围内，输出电压与
转子转角成线性关系，并且和理想直线相比较，误差不超过0.1%。
Us
kuU f (1 ku
s in q cosq )
但上式是在忽略了绕组阻抗压
降后得出的，所以，结果是近
似的。在实际的线性旋转变压
器中，为了获得最佳的线性特
正、余旋旋转变压器的结构特点
1. 定子
定子的电磁部分由可导电的绕组和能 导磁的铁心组成。定子绕组有两个，分别 叫定子励磁绕组（其引线端为S1、S3）和 定子交轴绕组（其引线端为S2、S4）。两 绕组嵌放在定子槽中，结构完全相同，且 两绕组的轴线在空间互成90°
正、余弦旋转变压器定子
2. 转子
转子的电磁部分也由绕组和铁心 组成。转子绕组也有两个，分别叫余弦 输出绕组（其引线端为R1、R3）和正弦 输出绕组（其引线端为R2、R4）。两绕 组嵌放在转子槽中，结构完全相同，且 两绕组的轴线在空间互成90°
比例式旋转变压器则在结构上增加了一个固定转子位置的装置， 其输出电压也与转子转角成正余弦关系。
旋转变压器的分类
2）按不同用途分类
解算、数据传输、移相器和角度－数字转换
按旋转变压器在系统中的不同用途，可分为解算用旋转变压器和 数据传输用旋转变压器。根据数据传输用旋转变压器在系统中的具 体用途，又可分为旋变发送机，旋变差动发送机，旋变变压器。
除了转子两输出绕组负载不对称，还有绕 组本身的阻抗不对称，或者是转子的椭圆和定 子转子偏心等因素都会产生磁通的交轴分量。
短接的交轴绕组具有阻尼作用，即短接的 交轴绕组感应电动势形成电流，由此形成的磁 势对交轴磁场起到很强的去磁作用，所以实际 交轴磁通是很小的，这样就可以达到减小或消 除输出电压的畸变。
EC KuU f cosq ES KuU f sinq UC KuU f cosq US KuU f sinq
即当两输出绕组交轴分量相等
时，其输出电压与转角q 仍有严格
的余、正弦关系。
下面求证两个交轴磁通相等时，
两输出绕组所接负载阻抗应具备的
条件。
因为Fcsinq = Fscosq ；并假 设磁路不饱和，则磁通F正比于电
Fscosq。同样把Fc分解成与励磁绕组 轴线一致的直轴分量Fccosq和与励磁 绕组轴线垂直的交轴分量Fcsinq，两
交轴分量方向相反。
根据变压器原理可知，负载的直轴分量将由自动增加的励磁电流
来补偿，使得负载时的直轴合成磁通与空载一样，仍为F。如果交轴
磁通相等，则此时可由空载工作原理得出两输出绕组的感应电动势有 效值
旋转变压器也分为接触式和非接触式两大类。按极对数又可分为 单极和多极的，大多数旋转变压器是一对极结构。
正、余弦旋转变压器是最基本的旋转变压器，其余的旋转变压器在电磁结构上与它 并无本质的区别，只是绕组参数设计和接线方式上有所不同。可见旋转变压器能将转 角转换成与转角成某种函数关系的信号电压。这些旋转变压器的用途主要是用来进行 座标变换，三角运算和角度数据传输与检测，信号转换等等。因而它又是一种高精度 的控制电机。
流I、因此
IC sinq IS cosq
由
Es Is (Zs ZLs )
Ec Ic (Zc ZLc )