控制电机(第四版) 第5章 自整角机
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三根悬空线。
图 5 - 8 三相对称绕组示意图
自整角机的转子型式有隐极式和凸极式两种结构。 通常“ZKB”和“ZKC”采用隐极式转子， 而“ZLF” 和“ZLJ”及“ZKF”则采用凸极式转子。 图 5 - 7(b)为 控制式自整角机变压器(ZKB)的转子结构图， 它仅有 一个绕组， 称为自整角机的转子绕组； 图 5 - 9 所示 是差动式自整角机的转子结构， 该电机转子绕组也有 三相星接的对称绕组。 为了使转子绕组与外电路相联 接， 在转子上装有集电环和电刷装置， 集电环(或叫 滑环)就是安装在轴(图上右端处)上的两个(差动式自整 角机为三个)导电铜环。
图 5 - 3 雷达俯仰角自动显示系统原理图
5.2 自整角机的基本结构
自整角机的结构和一般旋转电机相似， 主要由定 子和转子两大部分组成。 定子铁心的内圆和转子铁心 的外圆之间存在有很小的气隙。 定子和转子也分别有 各自的电磁部分和机械部分。 自整角机的结构简图如 图 5 - 4 所示。 定子铁心是由冲有若干槽数的簿硅钢片 叠压而成， 图 5 - 5 表示定子铁心冲片。 图 5 - 6 表示 转子(有隐极和凸极两种)剖视图。 定子铁心槽内布置 有三相对称绕组， 转子铁心上布置有单相绕组(差动式 自整角机为三相绕组)。
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 带有控制式差动发送机的控制式自整角机 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
自整角机属于自动控制系统中的测位用微特电机。 测位用微特电机包括： 自整角机、 旋转变压器(下一 章讲)、 微型同步器、 编码器等七类。 自整角机若按 使用要求不同可分为力矩式自整角机和控制式自整角 机两大类。 若按结构、 原理的特点又将自整角机分为 控制式、 力矩式、 霍尔式、 多极式、 固态式、 无刷 式、 四线式等七种。 而前两种是自整角机的最常用运 行方式。
图 5 - 4 自整角机结构简图
图 5 - 5 定子铁心冲片
图 5 – 6 自整角机转子
图 5 - 7 隐极式自整角机的定子和转子
隐极式自整角机的定子和转子示意图如图 5 - 7 所 示， 其中沿定子内圆各槽内均匀分布有三个(也可称为 三相)排列规律相同的绕组， 每相绕组的匝数相等， 线径和绕组形式均相同， 三相空间位置依次落后
图 5 - 1 自整角机电路图
图 5 - 2 差动式自整角机电路图
有时力矩式自整角机还用到差动发送机(国内、 国 际代号分别为ZCF、 TDX)和差动接收机(代号分别为 ZCJ、 TDR)。 差动发送机串接于“ZLF”和“ZLJ”之 间， 是将发送机(即“ZLF”)转角及自身转角的和(或差) 转变为电信号， 输至接收机(即“ZLJ”)； 而差动接收 机是串接于两个力矩式发送机(即“ZLF”)之间， 接收 其电信号， 并使自身转子转角为两发送机转角的和(或 差)。 有关详情见 5.5 节。
图 5 - 9 差动式自整角机的转子结构
当然两个(或三个)滑环之间， 以及转轴和滑环之间都 应绝缘。 单相(或三相)转子绕组的两个(或三个)引线端 分别焊接在两个(或三个)滑环上。 电刷和滑环摩擦接触， 通过电刷滑环将转子绕组出线端可靠地引接到接线板上， 图 5 - 4 中的Z1和 Z2就是接线板上的转子绕组的出线端。 实际的接线板如图5-10中的第 9 号零件。
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。
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。
120°， 这种绕组就称之为三相对称绕组。 三相对称 绕组可用图 5 -8 的示意图来简单解释。 设每相绕组集 中成一个线圈， 该线圈首、 末端用D1-D4表示， 另两 个线圈的首末端也就分别用D2-D5 和 D3-D6表示。
为构成星形联接， 将D4, D5, D6短接在一起， 首端
D1, Ｄ2, D3则引出(到接线板)， 如图 5 - 7 中的定子上的
有时控制式自整角机还用到控制式差动发送机(国 内、 国际代号分别为ZKC、 CDX)。 控制式差动发送 机串接于“ZKF”和“ZKB”之间， 将发送机转角及其 自身转角的和(或差)转变成电信号， 输至自整角机变 压器即“ZKB”。 差动式自整角机的定、 转子绕组均 为三相连接， 而且均接成Y形， 它们的定、 转子绕组 引出端分别用D1、 D2、 D3和Z1、 Z2、 Z3表示， 如图 5-2 所示。
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无论自整角机作力矩式运行或者是控制式运行， 每一种运行方式在自动控制系统中自整角机通常必须 是两个(或两个以上)组合起来才能使用， 不能单机使 用。 若成对使用的自整角机按力矩式运行时， 其中有 一个是力矩式发送机(国内代号为ZLF， 国际代号为 TX)， 另一个则是力矩式接收机(国内代号为ZLJ， 国 际代号为TR)； 而成双使用的自整角机按控制式运行 时， 其中必然有一个是控制式发送机(国内代号为ZKF， 国际代号为CX)， 另一个则是控制式变压器(国内代号 为ZKB， 国际代号为CT)。 前述电机定子三相绕组为 Y形接法， 引出端符号分别为D1, D2, D3， 转子单相绕 组引出端用Z1和Z2表示， 如图 5 - 1
图 5 - 10 所示的是自整角机的基本结构。 由于这 种自整角机的定、 转子都装在一个机壳里， 故也称为 整体式结构。 为了表示内部结构， 本图拆开画出。 还 有一种分装式结构的自整角机， 也就是定、 转子是分 开的， 它们分别是在现场安装固定。 分装式自整角机 的结构特点是电机外径较大、 轴向长度较短， 呈环状 而非筒柱状。 这种分装式结构习惯上不直接将转子装 在轴上， 而是内孔较大， 以便在现场与转轴装配。 但 是， 无论是整体式或是分装式， 也无论是隐极转子或 是凸极转子， 它们的工作原理都是一致的。
图 5 - 8 三相对称绕组示意图
自整角机的转子型式有隐极式和凸极式两种结构。 通常“ZKB”和“ZKC”采用隐极式转子， 而“ZLF” 和“ZLJ”及“ZKF”则采用凸极式转子。 图 5 - 7(b)为 控制式自整角机变压器(ZKB)的转子结构图， 它仅有 一个绕组， 称为自整角机的转子绕组； 图 5 - 9 所示 是差动式自整角机的转子结构， 该电机转子绕组也有 三相星接的对称绕组。 为了使转子绕组与外电路相联 接， 在转子上装有集电环和电刷装置， 集电环(或叫 滑环)就是安装在轴(图上右端处)上的两个(差动式自整 角机为三个)导电铜环。
图 5 - 3 雷达俯仰角自动显示系统原理图
5.2 自整角机的基本结构
自整角机的结构和一般旋转电机相似， 主要由定 子和转子两大部分组成。 定子铁心的内圆和转子铁心 的外圆之间存在有很小的气隙。 定子和转子也分别有 各自的电磁部分和机械部分。 自整角机的结构简图如 图 5 - 4 所示。 定子铁心是由冲有若干槽数的簿硅钢片 叠压而成， 图 5 - 5 表示定子铁心冲片。 图 5 - 6 表示 转子(有隐极和凸极两种)剖视图。 定子铁心槽内布置 有三相对称绕组， 转子铁心上布置有单相绕组(差动式 自整角机为三相绕组)。
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 带有控制式差动发送机的控制式自整角机 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
自整角机属于自动控制系统中的测位用微特电机。 测位用微特电机包括： 自整角机、 旋转变压器(下一 章讲)、 微型同步器、 编码器等七类。 自整角机若按 使用要求不同可分为力矩式自整角机和控制式自整角 机两大类。 若按结构、 原理的特点又将自整角机分为 控制式、 力矩式、 霍尔式、 多极式、 固态式、 无刷 式、 四线式等七种。 而前两种是自整角机的最常用运 行方式。
图 5 - 4 自整角机结构简图
图 5 - 5 定子铁心冲片
图 5 – 6 自整角机转子
图 5 - 7 隐极式自整角机的定子和转子
隐极式自整角机的定子和转子示意图如图 5 - 7 所 示， 其中沿定子内圆各槽内均匀分布有三个(也可称为 三相)排列规律相同的绕组， 每相绕组的匝数相等， 线径和绕组形式均相同， 三相空间位置依次落后
图 5 - 1 自整角机电路图
图 5 - 2 差动式自整角机电路图
有时力矩式自整角机还用到差动发送机(国内、 国 际代号分别为ZCF、 TDX)和差动接收机(代号分别为 ZCJ、 TDR)。 差动发送机串接于“ZLF”和“ZLJ”之 间， 是将发送机(即“ZLF”)转角及自身转角的和(或差) 转变为电信号， 输至接收机(即“ZLJ”)； 而差动接收 机是串接于两个力矩式发送机(即“ZLF”)之间， 接收 其电信号， 并使自身转子转角为两发送机转角的和(或 差)。 有关详情见 5.5 节。
图 5 - 9 差动式自整角机的转子结构
当然两个(或三个)滑环之间， 以及转轴和滑环之间都 应绝缘。 单相(或三相)转子绕组的两个(或三个)引线端 分别焊接在两个(或三个)滑环上。 电刷和滑环摩擦接触， 通过电刷滑环将转子绕组出线端可靠地引接到接线板上， 图 5 - 4 中的Z1和 Z2就是接线板上的转子绕组的出线端。 实际的接线板如图5-10中的第 9 号零件。
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。
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。
120°， 这种绕组就称之为三相对称绕组。 三相对称 绕组可用图 5 -8 的示意图来简单解释。 设每相绕组集 中成一个线圈， 该线圈首、 末端用D1-D4表示， 另两 个线圈的首末端也就分别用D2-D5 和 D3-D6表示。
为构成星形联接， 将D4, D5, D6短接在一起， 首端
D1, Ｄ2, D3则引出(到接线板)， 如图 5 - 7 中的定子上的
有时控制式自整角机还用到控制式差动发送机(国 内、 国际代号分别为ZKC、 CDX)。 控制式差动发送 机串接于“ZKF”和“ZKB”之间， 将发送机转角及其 自身转角的和(或差)转变成电信号， 输至自整角机变 压器即“ZKB”。 差动式自整角机的定、 转子绕组均 为三相连接， 而且均接成Y形， 它们的定、 转子绕组 引出端分别用D1、 D2、 D3和Z1、 Z2、 Z3表示， 如图 5-2 所示。
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无论自整角机作力矩式运行或者是控制式运行， 每一种运行方式在自动控制系统中自整角机通常必须 是两个(或两个以上)组合起来才能使用， 不能单机使 用。 若成对使用的自整角机按力矩式运行时， 其中有 一个是力矩式发送机(国内代号为ZLF， 国际代号为 TX)， 另一个则是力矩式接收机(国内代号为ZLJ， 国 际代号为TR)； 而成双使用的自整角机按控制式运行 时， 其中必然有一个是控制式发送机(国内代号为ZKF， 国际代号为CX)， 另一个则是控制式变压器(国内代号 为ZKB， 国际代号为CT)。 前述电机定子三相绕组为 Y形接法， 引出端符号分别为D1, D2, D3， 转子单相绕 组引出端用Z1和Z2表示， 如图 5 - 1
图 5 - 10 所示的是自整角机的基本结构。 由于这 种自整角机的定、 转子都装在一个机壳里， 故也称为 整体式结构。 为了表示内部结构， 本图拆开画出。 还 有一种分装式结构的自整角机， 也就是定、 转子是分 开的， 它们分别是在现场安装固定。 分装式自整角机 的结构特点是电机外径较大、 轴向长度较短， 呈环状 而非筒柱状。 这种分装式结构习惯上不直接将转子装 在轴上， 而是内孔较大， 以便在现场与转轴装配。 但 是， 无论是整体式或是分装式， 也无论是隐极转子或 是凸极转子， 它们的工作原理都是一致的。