第14章-自整角机

1 2 ，称为失调角，是发送机与接收机的位置角之差。
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E2 EF 2 EJ 2 Em [(cos(1 120 ) cos( 2 120 )] 2 Em sin
1 2 1 2 sin 2 Em sin( 1 2 120 )sin 2 2 2 2
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机偏转，直到负载偏转的角度与发送机偏转的角度相等为止。
14.3 误差概述
力矩式自整角机的整步转矩必须大于其接收机转轴的阻 力转矩（包括负载转矩和接收机本身的摩擦转矩等），它才 能拖动接收机转子跟着发送机转动，因此发送机和接收机之 间必然存在一定的失调角，这个角度就是力矩式自整角机转 角随动的误差。显然，失调角为1°时，自整角机具有的整 步转矩（称为比转矩）越大，则角误差越小。 对于控制式自整角机，为了减小转角随动误差提高其精度，把 发送机和接收机的转子都做成隐极式。
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1-交流伺服电动机2-放大器 3-减速器 4-自整角接收机 5-刻度盘 6-自整角发送机
E2经放大器放大后送至交流伺服电动机的控制绕组，使电动机 转动。可见，只要 α ≠β ，即γ ≠0，就有E2≠0，伺服电动 机便要转动，使γ 减小，直至γ =0。
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减小速度误差方法:
1)选用高频自整角机 2)应当限制发送机和接收机的转速。
14.4 选用时应注意的问题及应用举例
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力矩式自整角机常应用于精度较低的指示系统。如液面的高 低，阐门的开启度，液压电磁阀的开闭，船舶的舵角、方位 和船体倾斜的指示等等。下面通过一个实例来加以说明。
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EF 1 Em cos 1
EF 2 Em cos(1 120）
发送机
接收机
磁 动 量势 图空 间 相
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EF 3 Em cos(1 120） Em 整步绕组最大相电动势有效值
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设转子励磁绕组轴线与定子整步绕组第一相的轴线重合时 的位置为起始位置，转子偏离起始位置的角度称为位置角， 则在起始位置时，位置角等于零。 当发送机转子从起始位置逆时针方向偏转θ 1时，三相整 步绕组的电动势应为
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力矩式自整角机的整步转矩是由整步绕组中的电流和转子主 极磁场的相互作用而产生的。 自整角机在空间位置固定的三相整步绕组所产生的合成磁动 势，可以分解为由随转子一起转动的d轴绕组和q轴绕组所产生 的d轴磁动势FFd（或FJd）和q轴磁动势FFq（或FJq）。 根据电机理论可知，由励磁磁动势产生的直轴磁通φ d和直 轴磁动势之间不会产生转矩；而直轴磁通φ d和交轴磁动势相 互作用则将产生电磁转矩，如图所示。
如图表示一液面位置指示器。浮 子随着液面的上升或下降，通过 绳索带动自整角发送机转子转动， 将液面位置转换成发送机转子的 转角。自整角发送机和接收机之 1-浮子 2-平衡锤3-发送机4-接收机 间再通过导线可以远距离联 接，于是自整角接收机转子就带动指针准确地跟随着发送机 转子的转角变化而偏转，从而实现远距离的位置指示。
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1-定子 2-转子 3-阻尼绕组 4-电刷 5-接线柱 6-滑环
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14.2 工作原理
14.2.1 力矩式自整角机
力矩式自整角机的接线图如图，两台 自整角机结构完全相同，一台作为发 送机，另一台作为接收机。它们的转 子励磁绕组接到同一单相交流电源， 定子整步绕组则按相序对应联接。 当发送机和接收机的转子位置一致时，大小相等，方向相反， 所以回路中无电流流过，因而不产生整步转矩，此时两机处于 稳定的平衡位置。 当发送机的转子从一致位置转一角度θ 1时，则在整步绕组回 路中将出现电动势，从而引起均衡电流。此均衡电流与励磁 绕组所建立的磁场相互作用产生转矩，使接收机也偏转相同 角度。对于这一过程，分析如下。
当整步绕组中有电流通过，将产生磁动势，为便于分析计算， 通常将三相整步绕组 中的三个空间脉动磁动势，分解为直轴 （d轴）即励磁绕组轴线方向，交轴（q轴）直轴在空间按逆时 针方向前移90。电角度。 由交流电机绕组磁动势知单相基波磁动势的振幅值
FF 1 0.9 NKW 1I1 / P
1 2 FF 3 Fm sin( 120 )sin 2 2
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通过以上分析可知，对力矩式自整角机，整步转矩T系由 交轴磁动势Fq与直轴磁通φ d的相互作用所产生。
14.2.2 控制式自整角机
为了提高同步随动系统的精度和负载能力，常把力矩式 接收机的转子绕组从电源断开，使其在变压器状态下运行。 这时接收机将角度传递变为电信号输出，然后通过放大去控 制一台伺服电动机，并将接收机转子经减速器与机械负载联 系在一起。这种间接通过伺服电动机来达到同步联系的系统 称为同步随动系统，在这种系统中，用来输出电信号的自整 角接收机称为自整角变压器。
接收机整步绕组磁动势的交轴分量：
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接收机整步绕组磁动势的直轴分量：
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根据以上分析可知：
①发送机和接收机中的磁动势直轴分量、交轴分量和合 成磁动势的大小以及合成磁动势与交轴的夹角与发送机和 接收机的位置角无关，仅为失调角θ 的函数。 ②发送机和接收机整步绕组磁动势的直轴分量均为负值， 说明直轴电枢支应为去磁作用。一般在指示状态时，失调 角很小，因此整步绕组磁动势的直轴分量也很小，可以忽 略不计。 ③发送机和接收机整步绕组磁动势的交轴分量大小相等， 方向相反；直轴分量则大小相等，方向相同。
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控制式自整角机与力矩式自整角机接线图有两点不同： 1)、上图接收机转子绕组从单相电源断开，并能输出讯号电压。 2)、转子绕组的轴线位置预先转过了90°。 自整角变压器转子绕组输出电压信号 E Em sin 式中Em——接收机转子绕组感应电动势最大 值，即发送机转子与接收机转子位置相 一致时感应电动势的有效值。 电压经放大器放大后，接到伺服电动机的控制绕组，使伺 服电动机转动。伺服电动机一方面拖动负载，另一方面在机械 上也有自整角变压器转子相连，这样就可以使得负载跟随发送
3 FFq FF 1q FF 2 q FF 3q FF 1 sin 1 FF 2 sin(1 120 ) FF 3 sin(1 120 ) Fm sin 4
FFd 1 cos 合成磁动势与交轴夹角 arctan F arctan( sin ) arctan(tan 2 ) 2 Fq
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整步绕组的合成磁动势：
FF
FFd 2 FFq 2
3 Fm sin 2
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FFd FF 1d FF 2 d FF 3d FF 1 cos 1 FF 2 cos(1 120 ) FF 3 cos(1 120 )
接收机和发送机的整步绕组是相对应联接的，它们的电流方 向相反，数值相等，因此相应的磁动势的振幅也相等，但是符 号相反，即 FJ 1 FF 1 FJ 2 FF 2 FJ 3 FF 3
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EJ 3 Em cos( 2 120 )
同理可写出接收机整步绕组电动势为 E E cos( 120 ) E J 1 Em cos 2 J2 m 2
I1 I2
E1 2 2 I m sin 1 sin 2Z 2 2
E2 2 2 I m sin( 1 120 ) sin 2Z 2 2
2
arctan
合成磁动势与交轴的夹角：
FJd 1 cos arctan( ) FJq sin 2
2
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3 FJq FJ 1q FJ 2 q FJ 3q [ FJ 1 sin 2 FJ 2 sin( 2 120 ) FJ 3 sin( 2 120 )] Fm sin 4 3 2 2
控制式自整角机适用于精度较高、负载较大的伺服系统。现以 雷达高低角自动显示系统(如图)来加以说明。 自整角发送机转轴直接与雷达天线的 高低角（即俯仰角）耦合，因此雷达 天线的高低角α 就是自整角发送机的 转角。控制式自整角接收机转轴与由 交流伺服电动机驱动的系统负载（刻 度盘或火炮等负载）的轴相连，其转 角用β 表示。接收机转子绕组输出电 动势E2（有效值）与两轴的差角γ 即 α －β 近似成正比，即 E2≈K（α － β ）=Kγ 式中K为常数。
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2
接收机转子从起始位置逆时针方向偏转的角度。
由于发送机和接收机是由同一励磁电源励磁的，因此两机定 子绕组电动势在时间上是同成电动势为两机定子电动势之差,
E1 EF 1 EJ 1 Em (cos 1 cos 2 ) 2 Em sin
1 2
2
sin
1 2
1 2 FF 2 Fm sin( 120 ) sin 2 2
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把上式代入得
FF 1 Fm sin
1 2
2
sin

2
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三相合成磁动势的直轴分量：
FFd 3 Fm (1 cos ) 4
把上式代入可得
三相合成磁动势的交轴分量：
14.1 基本结构
自整角机的定子结构与一般小型绕线转子感应电动机相似。 定子铁心上嵌有三相星形联结对称分布绕组，通常称为整步绕 组。转子结构则按不同类型采用凸极式或隐极式，放置单相或 三相励磁绕组。转子绕组通过滑环、电刷装置与外电路联接， 滑环是由银铜合金制成，电刷采用焊银触点，以保证接触可靠。 接触式自整角机结构如图。
3 FJd FJ 1d FJ 2d FJ 3d FJ 1 cos 2 FJ 2 cos( 2 120 ) FJ 3 cos(2 120 ) Fm (1 cos ) 4

接收机整步绕组的合成磁动势： FJ FJd FJq Fm sin
第十四章 自整角机
自整角机是一种感应式机电元件。在系统中通常是两台
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或两台以上组合使用。其任务是将转轴上的转角变换为电气
信号，或将电气信号变换为转轴的转角，使机械上互不相联
的两根或几根转轴同步偏转或旋转，以实现角度的传输、变 换和接收。它广泛应用于运距离指示装置和伺服系统。 • • • • 14.1 14.2 14.3 14.4 基本结构 工作原理 误差概述 选用时应注意的的问题及应用举例
E3 1 2 I3 2 I m sin( 120 ) sin 2Z 2 2
Em Im Z
整步绕组各相回路中最大电流的有效值
I1 I 2 I 3 0
可见
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设两机定子绕组的阻抗相等，并以Z表示，则每相总阻抗为2Z， 于是各相回路电流的有效值为
2
2 Em sin
1 2
2
sin

2
E3 EF 3 EJ 3 Em [(cos(1 120 ) cos(2 120 )] 2 Em sin(
1 2 120 )sin 1 2 2 Em sin( 1 2 120 )sin 2 2 2 2
整 步 转 矩 产 生 的 示 意 图 目 录 退 出 下 页 上 页
发送机
接收机
在相同型号成对工作的力矩式自整角发送机和接收机中， 因采用同一励磁电源，所以直轴ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通φ d相同；又合成磁动势 的交轴分量FFq和FJq大小相等方向相反，由此可知，这时发送 机和接收机中的整步转矩大小相等而方向相反。 如以外力强制发送机转子逆时针方向转动θ 角时，发送机 为了保持转子原来的位置，所产生的整步转矩方向将是顺时 针的；接收机中所产生的转矩则相反，即为逆时针方向，使 转子向逆时针方向转动，以达到和发送机转子有同一位置的 目的，从而实现了转角的传递任务。