自整角机结构原理

一、结构
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
自整角机通常是两台或两台以上组合使用，产生信 号的自整角机称为发送机，它将轴上的转角变换为电信 号，接收信号的自整角机称为接收机，它将发送机发送 的电信号变换为转轴的转角，从而实现角度的传输、变 换和接收。
在随动系统中主令轴只有一根，而从动轴可以是一根，
E FB E Fm cos( F 120)
E FC E Fm cos( F 240)
电机与拖动
可以证明：接收机励磁绕组的合成电动势，即输出
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
电动势
E E cos
0 0m
从上式看出，失调角 0 时，接收机的输出电动
图，图中自整角发送机 6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 就是自整角发
送机的转角。控制式自整角接收机 4转 轴与由交流伺服电动机 1驱动的系统负
载（刻度盘 5或火炮等负载）的轴相连
，其转角用 表示。接收机转子绕组输 出电动势 E2（有效值）与两轴的差角
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
T=Tmsin
电机与拖动
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
当失调角越大，自整角接收机产生的整步转矩越大， 转矩的方向是使Ff和F1'靠拢，即转子往失调角减小的 方向旋转，如为空载，最终会消除失调角，此时，两 个力矩式自整角机的转子转角相等1=2，=1-2=0， 随动系统处于协调位置。
即 - 近似成正比，即
E2 k( ) k
雷达高低角自动 显示系统原理图
电机与拖动
四、控制式自整角机的应用
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
E2 k( ) k
E2 经放大器放大后送至交流
伺服电动机的控制绕组，使交流 伺服电动机转动。可见，只要 ≠，即 ≠0，就有E2≠0，伺 服电动机便要转动，使 减小，
势为最大而不是零，且与失调角有余弦关系的输出 电动势不能反映发送机转子的偏转方向，故很不实用
电机与拖动
实际的控制式自整角机是将接收机转子绕组轴线与
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
发送机转子绕组轴线垂直时的位置作为计算 F 的起始位
置。此时，输出电动势表示为
E0 E0m cos 90 E0m sin
电机与拖动
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
1—定子；2—转子；3—阻尼绕组；
4—电刷；5—接线柱；6—滑环
自整角机结构示意图
通常，定子铁心槽内嵌有接成星形的三相对称绕组 ，称之为整步绕组。转子铁心槽内嵌有单相绕组，称 之为励磁绕组。励磁绕组通过滑环和电刷装置与外电 路连接。
电机与拖动
五、力矩式自整角机工作原理
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
在随动系统中，不需放大器和伺服电动机的配合， 两台力矩式自整角机就可进行角度传递，因而常用以 转角指示。其工作原理如图 ： 两台电机的励磁绕组接到同一单相交流电源上，三 相整步绕组对应相接。假设三相整步绕组产生的磁势
在空间按正弦规律分布，磁路不饱和，并忽略电枢反
接收机 J
发送机 F a
Ia E1a Ia Ia
a
b
Ib
c
b
Ic
c
电机与拖动
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
在自整角发送机的励磁绕组中通入单相交流电流时
，两台自整角机的气隙中都将产生脉振磁场，其大小随时
间按余弦规律变化。脉振磁场使自整角发送机整步绕组的 各相绕组生成时间上同相位的感应电动势，电动势的大小 取决于整步绕组中各相绕组的轴线与励磁绕组轴线之间的 相对位置。当整步绕组中的某一相绕组轴线与励磁绕组轴 线重合时，该相绕组中的感应电动势为最大值，用 示电动势的最大值。
应，那么在分析时便可用迭加原理。
电机与拖动
Uf
～
θ
1
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
θ
2
Ff a F1
θ
1
Ff a F2 θ
E1a
2
b
θ
1
θ
2
θ
F2'
Ff
c
b
θ
1
θ
θ
2
F1'
c
Ff
电机与拖动
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
当发送机的转子转角为1，接收机转子转角为2，
相交流电源上，称为自整角发送机，用ZKF表示。另
一台用来接收转角信号并将转角信号转换成励磁绕组
中的感应电动势输出，称之为自整角接收机，用ZKJ
表示。两台自整角机定子中的整步绕组均接成星形， 三对相序相同的相绕组分别接成回路。
电机与拖动
～
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
θ
1
θ
2
电机与拖动
五、力矩式自整角机的应用
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
图示一液面位置指示器。浮 子1随着液面的上升或下降，通 过绳索带动自整角发送机3的转 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4之间再通过导线可 以远距离连接，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。
E Fm
表
电机与拖动
设发送机整步绕组中的A相绕组轴线与其对应的励
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
磁绕组轴线的夹角为 F ，接收机整步绕组中的A相绕组 轴线与其对应的励磁绕组轴线的夹角为 J ，如图8.12所 示。发送机整步绕组中各相绕组的感应电动势有效值为
E FA E Fm cos F
也可以是多根，主令轴安装发送机，从动轴安装接受机， 故而一台发送机带一台或多台接受机。主令轴与从动轴 之间的角位差，称为失调角。
电机与拖动
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
1—定子；2—转子；3—阻尼绕组； 4—电刷；5—接线柱；6—滑环
自整角机结构示意图
定、转子铁心均由高导磁率、低损耗的薄硅钢片叠成。力 矩式自整角机的转子多采用两极的凸极结构，对频率较高、 规格较大的力矩式自整角机采用隐极结构。控制式自整角机 的接收机转子采用隐极结构。
在上述假设条件下，力矩式自整角机工作时电机内磁
势情况可以看成发送机励磁绕组与接收机励磁绕组分 别单独接电源时所产生的磁势的线性叠加。 力矩式自整角机的转矩是定子磁势与转子磁势相互 作用而产生的。
电机与拖动
转矩的方向是使两磁势磁轴线靠拢。
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
在接收机中，F2与励磁磁势Ff是同轴磁势，故不会产 生力矩，而F1'与Ff 轴线的夹角即失调角 =1- 2 ，若 =90时产生的最大整步转矩为 Tm，那接收机所产生 的整步转矩可以表达为
三相对称分布绕组
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
单相源自文库磁绕组
电机与拖动
二、分类
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
按自整角输出量可分为力矩式和控制式两种。
电机与拖动
三、控制式自整角机工作原理
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
控制式自整角机的工作原理可以由图来说明。图 中，由结构、参数均相同的两台自整角机构成自整角 机组。一台用来发送转角信号，它的励磁绕组接到单
1—浮子；2—平衡锤； 3—发送机；4—接收机
图8.11
液面位置指示器
电机与拖动
由此可见,力矩式自整角机和控制式自整角机的区别在于:
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
自整角机控制系统中，当失调角产生时，力矩自整角接 收机输出与失调角成正弦关系的转矩，直接带动接收机轴 上的机械负载，直至消除失调角。 但力矩式自整角机力矩不大，如果机械负载较大，则采 用控制式自整角机系统。 自控式自整角机把失调角转换为正弦关系的电压输出， 经过电压放大器放大后送到交流伺服电动机的控制绕组中， 使伺服电机转动，再经齿轮减速后带动机械负载转动，直 到消除失调角。
J 是恒定的。控制式自 由于接收机转子不能转动，即
整角机的输出电动势的大小反映了发送机转子的偏转角 度，输出电动势的极性反映了发送机转子的偏转方向，
从而实现了将转角转换成电信号。
电机与拖动
四、控制式自整角机的应用
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
图是雷达高低角自动显示系统示意
E2 k( ) k
只要系统的功率足够大，接收
机上便可带动火炮一类阻力矩很 大的负载。发送机和接收机之间 只需三根连线，便实现了远距离 显示和操纵。
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
雷达高低角自动 显示系统原理图
电机与拖动
电机与拖动
自整角机
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机
在自动控制系统中，常常需要指示位置和角度的数值，
或者需要远距离调节执行机构的速度，或者需要某一根
或多根轴随着另外的与其无机械连接的轴同步转动，这 样，就出现了自整角机，即用来实现自动指示角度和同
步传输角度的一类控制电机。
电机与拖动
直至 = 0。如果 不断变化，系
统就会使 跟着 变化，以保持 = 0 ，这样就达到了转角自动跟 踪的目的。
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
雷达高低角自动 显示系统原理图
电机与拖动
四、控制式自整角机的应用
自 整 角 电 机 和 小 功 率 同 步 电 动 机