控制电机第5章 自整角机
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Bm[sin1 cos1 sin(1 120 ) cos(1 120 ) sin(1 240 ) cos(1 240 )]sin t
=0
因此，定子三相合成磁场为
B Bx B y Bx 3 Bm sin t 2
概括结论（Derived Conclusion）：
B1 Ki1 Bm cos1 sin t B2 Ki2 Bm cos(1 120 ) sin t B Ki B cos( 240 ) sin t 3 3 m 1
B1x B1 cos1 B2 x B2 cos(1 120 ) B B cos( 240 ) 3 1 3x
IO'O I1 I 2 I3 I cos1 I cos(1 120 ) I cos(1 240 ) 0
5.3.3 定子电流产生的磁场（Field of Stator Current）
i1 2 I cos1 sin t i2 2 I cos(1 120 ) sin t i 2 I cos( 240 ) sin t 3 1
第五章 自整角机
Chapter five Selsyns
Selsyns are electromechanical devices used for the convenient and accurate transmission of angular data between two or more remote points. The transmission is accomplished electrically without any mechanical connection between the two units. The system generally consists of a transmitter and a receiver. Most selsyn applications are for measurement and position indication. For instance, is the valve open or closed.
图 5 - 3 雷达俯仰角自动显示系统原理图
5.3.1 转子励磁绕组（field winding）产生的脉振磁场（pulsating field）
•自整角机转子交流电的频率为400Hz或50Hz
i 2 I c sin t
5.3.2 定子绕组的感应电流（Induced Current in Stator Winding）
B1 y B1 sin 1 B2 y B2 sin(1 120 ) B B sin( 240 ) 3 y 3 1
图5 - 18 定子磁场的合成和分解 (Superposition and Decomposition)
Bx B1x B2 x B3x B1 cos1 B2 cos(1 120 ) B3 cos(1 240 )
Bx Bm [cos 2 1 cos 2 (1 120 ) cos 2 (1 240 )] sin t 3 Bm sin t 2
By B1y B2 y B3 y B1 sin 1 B2 sin(1 120 ) B3 sin(1 240 )
5.3.4
ZKB转子输出绕组的电势
E2 E2 max cos
0 令 90 ，
角称为失调角。则
E2 E2 max cos E2 max cos(900 ) E2 max sin
图 5 - 21 控制式自整角机的输出电势
图5 - 20 控制式自整角机的协调位置
处的切线近似地代替该曲线，如图5 - 23 所示。这条切线的斜率称为比电 压或电压陡度，其值等于在协调位置附近失调角变化1°时输出电压的增
量 , 单位为 V/(°) 。目前国产自整角变压器的比电压的数值范围为 0.3 ～ 1
V/(°)。由图 5 - 23 可见，比电压大，就是上述的切线的斜率大，也就是 失调同样的角度所获得的信号电压大，因此系统的灵敏度就高。
T KB sin
图 5 - 28 整步转矩与失调角的关系
失调角很小时,可以证明,转矩与产生它的磁场成正比,再考虑到
数学上sinδ≈ δ(δ单位取rad，radian)，则认为：
T KB sin KB
类似于控制式自整角机的比电压 , 当失调角为 1°( 即 0.017 453 rad)时,力矩式自整角机所具有的整步转矩称为比整步转矩，用Tθ 表示,即
以上所分析的内容就是控制式自整角机的工作原理。简单归纳如
下：
(1) ZKF的转子绕组产生的励磁磁场是一个脉振磁场, 它在发送机定 子绕组中感应变压器电势。定子各相电势时间上同相位，其有效值 与定、转子间的相对位置有关； (2) ZKF定子合成磁场的轴线与转子励磁磁场的轴线重合，但方向 恰好相反； (3) ZKF和ZKB的定子三相绕组对应联接, 两机定子绕组的相电流
图 5 - 23 输出电压在γ =0时的切线
5.5 力矩式自整角机的运行
图 5 – 27 载流线圈在合成磁场中所受到的力矩
5.5.1 力矩式自整角机的工作原理
图 5 - 26 力矩式自整角机的工作原理图
5.5.2 力矩式自整角机的失调角和协调位置
力矩式自整角机的接收机ZLJ转子在失调时能产生转矩T来促使 转子和发送机ZLF转子协调,这个转矩是由电磁作用产生的,称之为 整步转矩。该转矩的大小由Bq=B sinδ决定,与sinδ成正比,即
1-定子；2-转子；3-阻尼绕组；4-电刷；5-接线柱；6-滑环
自整角机有力矩式和控制式两种，其用途不同。力矩式自整角机
用做远距离转角指示，控制式自整角机可以将转角转换成电信号。
1. 控制式自整角机。控制式发送机：ZKF；控制式变压器：ZKB 2. 力矩式自整角机。力矩式发送机：ZLF；力矩式接收：ZLJ
大小相等、方向相反，因而两机定子合成磁场相对自己定子绕组位
置的方向也应相反。
5.3.5 控制式自整角机的主要技术指标之一——比电压
输出电压和失调角的关系为U2=U2max sin γ，在γ角很小时, U2=U2maxγ。
（sin1°=0.0174524，1°=0.017 453 rad)；即此时可以用正弦曲线在γ =0
Z Z Z F Z B Zi
E1 E cos1 I I cos1 1 ZZ ZZ E2 E cos(1 120 ) I I cos( 120 ) 2 1 ZZ ZZ E3 E cos(1 240 ) I cos(1 240 ) I 3 ZZ ZZ
T KB sin1 0.017453 KB
5.5.4 力矩式自整角机的应用
1—浮子；2—平衡锤；3—发送机；4—接收机
液面位置指示器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. Control synchronous
Control synchros are used in the systems that are designed to move heavy loads such as gun directors( 火炮射击指挥仪 ), radar antennas, and missile launchers. A positioning servo system using a control synchro system consisting of a servomotor, a servoamplifier, a control transmitter and a control transformer. The error signal is amplified by the servoamplifier and applied to the servomotor. The servomotor turns the load, and through a mechanical linkage called “response”, also turns the rotor of the control transformer. The servomotor turns the rotor of the error signal control transformer so that it is once again in correspondence with Figure 3 Control synchro system the rotor of the transmitter, the error signal drops to zero volts, and the system comes to a stop.
在x轴方向,即和励磁绕组轴线重合,但和 B (1) 定子三相合成磁密相量 B
反向。由于励磁绕组轴线和定子绕组D1相轴线的夹角为θ1,因此定子合成磁
场的轴线超前D1相轴线(180°-θ1)。 在空间的幅值位置不变,且其长度(即模值)是时间 (2) 由于合成磁密 B 在空间的幅值位置不变,且其长度(即模值)是时间的正弦(或余弦)函数,故定子 合成磁场也是一个脉振磁场。 (3) 定子三相合成脉振磁场的幅值恒为一相磁密最大值的3/2倍,它的大小 与转子相对定子的位置角θ1无关。
1 m cos1 cos( 120 ) 2 m 1 cos( 240 ) m 1 3
E1 4.44 fWs1 E cos1 E2 4.44 fWs2 E cos(1 120 ) E 4 . 44 fW E cos( 240 ) s 3 1 3
图 5 - 4 自整角机结构简图
图5 – 5 自整角机定子转子结构形式
图5 - 7 隐极式自整角机的定 子和转子
图5–8 三相对称绕组示意图
力矩式自整角机的应用
图5-3是雷达俯仰角自动显示系统示意图。
E2 k ( ) k
1—自整角接收机（Receiver）； 2—自整角发送机（Transmitter）； 3—交流伺服电动机（AC Serve Motor）； 4—放大器（Amplifier）； 5—刻度盘（Dial）； 6—减速器（Reducer）
=0
因此，定子三相合成磁场为
B Bx B y Bx 3 Bm sin t 2
概括结论（Derived Conclusion）：
B1 Ki1 Bm cos1 sin t B2 Ki2 Bm cos(1 120 ) sin t B Ki B cos( 240 ) sin t 3 3 m 1
B1x B1 cos1 B2 x B2 cos(1 120 ) B B cos( 240 ) 3 1 3x
IO'O I1 I 2 I3 I cos1 I cos(1 120 ) I cos(1 240 ) 0
5.3.3 定子电流产生的磁场（Field of Stator Current）
i1 2 I cos1 sin t i2 2 I cos(1 120 ) sin t i 2 I cos( 240 ) sin t 3 1
第五章 自整角机
Chapter five Selsyns
Selsyns are electromechanical devices used for the convenient and accurate transmission of angular data between two or more remote points. The transmission is accomplished electrically without any mechanical connection between the two units. The system generally consists of a transmitter and a receiver. Most selsyn applications are for measurement and position indication. For instance, is the valve open or closed.
图 5 - 3 雷达俯仰角自动显示系统原理图
5.3.1 转子励磁绕组（field winding）产生的脉振磁场（pulsating field）
•自整角机转子交流电的频率为400Hz或50Hz
i 2 I c sin t
5.3.2 定子绕组的感应电流（Induced Current in Stator Winding）
B1 y B1 sin 1 B2 y B2 sin(1 120 ) B B sin( 240 ) 3 y 3 1
图5 - 18 定子磁场的合成和分解 (Superposition and Decomposition)
Bx B1x B2 x B3x B1 cos1 B2 cos(1 120 ) B3 cos(1 240 )
Bx Bm [cos 2 1 cos 2 (1 120 ) cos 2 (1 240 )] sin t 3 Bm sin t 2
By B1y B2 y B3 y B1 sin 1 B2 sin(1 120 ) B3 sin(1 240 )
5.3.4
ZKB转子输出绕组的电势
E2 E2 max cos
0 令 90 ，
角称为失调角。则
E2 E2 max cos E2 max cos(900 ) E2 max sin
图 5 - 21 控制式自整角机的输出电势
图5 - 20 控制式自整角机的协调位置
处的切线近似地代替该曲线，如图5 - 23 所示。这条切线的斜率称为比电 压或电压陡度，其值等于在协调位置附近失调角变化1°时输出电压的增
量 , 单位为 V/(°) 。目前国产自整角变压器的比电压的数值范围为 0.3 ～ 1
V/(°)。由图 5 - 23 可见，比电压大，就是上述的切线的斜率大，也就是 失调同样的角度所获得的信号电压大，因此系统的灵敏度就高。
T KB sin
图 5 - 28 整步转矩与失调角的关系
失调角很小时,可以证明,转矩与产生它的磁场成正比,再考虑到
数学上sinδ≈ δ(δ单位取rad，radian)，则认为：
T KB sin KB
类似于控制式自整角机的比电压 , 当失调角为 1°( 即 0.017 453 rad)时,力矩式自整角机所具有的整步转矩称为比整步转矩，用Tθ 表示,即
以上所分析的内容就是控制式自整角机的工作原理。简单归纳如
下：
(1) ZKF的转子绕组产生的励磁磁场是一个脉振磁场, 它在发送机定 子绕组中感应变压器电势。定子各相电势时间上同相位，其有效值 与定、转子间的相对位置有关； (2) ZKF定子合成磁场的轴线与转子励磁磁场的轴线重合，但方向 恰好相反； (3) ZKF和ZKB的定子三相绕组对应联接, 两机定子绕组的相电流
图 5 - 23 输出电压在γ =0时的切线
5.5 力矩式自整角机的运行
图 5 – 27 载流线圈在合成磁场中所受到的力矩
5.5.1 力矩式自整角机的工作原理
图 5 - 26 力矩式自整角机的工作原理图
5.5.2 力矩式自整角机的失调角和协调位置
力矩式自整角机的接收机ZLJ转子在失调时能产生转矩T来促使 转子和发送机ZLF转子协调,这个转矩是由电磁作用产生的,称之为 整步转矩。该转矩的大小由Bq=B sinδ决定,与sinδ成正比,即
1-定子；2-转子；3-阻尼绕组；4-电刷；5-接线柱；6-滑环
自整角机有力矩式和控制式两种，其用途不同。力矩式自整角机
用做远距离转角指示，控制式自整角机可以将转角转换成电信号。
1. 控制式自整角机。控制式发送机：ZKF；控制式变压器：ZKB 2. 力矩式自整角机。力矩式发送机：ZLF；力矩式接收：ZLJ
大小相等、方向相反，因而两机定子合成磁场相对自己定子绕组位
置的方向也应相反。
5.3.5 控制式自整角机的主要技术指标之一——比电压
输出电压和失调角的关系为U2=U2max sin γ，在γ角很小时, U2=U2maxγ。
（sin1°=0.0174524，1°=0.017 453 rad)；即此时可以用正弦曲线在γ =0
Z Z Z F Z B Zi
E1 E cos1 I I cos1 1 ZZ ZZ E2 E cos(1 120 ) I I cos( 120 ) 2 1 ZZ ZZ E3 E cos(1 240 ) I cos(1 240 ) I 3 ZZ ZZ
T KB sin1 0.017453 KB
5.5.4 力矩式自整角机的应用
1—浮子；2—平衡锤；3—发送机；4—接收机
液面位置指示器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. Control synchronous
Control synchros are used in the systems that are designed to move heavy loads such as gun directors( 火炮射击指挥仪 ), radar antennas, and missile launchers. A positioning servo system using a control synchro system consisting of a servomotor, a servoamplifier, a control transmitter and a control transformer. The error signal is amplified by the servoamplifier and applied to the servomotor. The servomotor turns the load, and through a mechanical linkage called “response”, also turns the rotor of the control transformer. The servomotor turns the rotor of the error signal control transformer so that it is once again in correspondence with Figure 3 Control synchro system the rotor of the transmitter, the error signal drops to zero volts, and the system comes to a stop.
在x轴方向,即和励磁绕组轴线重合,但和 B (1) 定子三相合成磁密相量 B
反向。由于励磁绕组轴线和定子绕组D1相轴线的夹角为θ1,因此定子合成磁
场的轴线超前D1相轴线(180°-θ1)。 在空间的幅值位置不变,且其长度(即模值)是时间 (2) 由于合成磁密 B 在空间的幅值位置不变,且其长度(即模值)是时间的正弦(或余弦)函数,故定子 合成磁场也是一个脉振磁场。 (3) 定子三相合成脉振磁场的幅值恒为一相磁密最大值的3/2倍,它的大小 与转子相对定子的位置角θ1无关。
1 m cos1 cos( 120 ) 2 m 1 cos( 240 ) m 1 3
E1 4.44 fWs1 E cos1 E2 4.44 fWs2 E cos(1 120 ) E 4 . 44 fW E cos( 240 ) s 3 1 3
图 5 - 4 自整角机结构简图
图5 – 5 自整角机定子转子结构形式
图5 - 7 隐极式自整角机的定 子和转子
图5–8 三相对称绕组示意图
力矩式自整角机的应用
图5-3是雷达俯仰角自动显示系统示意图。
E2 k ( ) k
1—自整角接收机（Receiver）； 2—自整角发送机（Transmitter）； 3—交流伺服电动机（AC Serve Motor）； 4—放大器（Amplifier）； 5—刻度盘（Dial）； 6—减速器（Reducer）