第五章 控制電機

1、1第五章 控制電機2控制電機 定義：用于自動控制、自動調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離測量的特微（小功率）電機。 分類：測量元件、放大元件、執(zhí)行元件、校正元件。 作用：完成控制信號的傳遞和變換。 特點：性能穩(wěn)定可靠，動作靈敏，精度高，體積小。35.1 5.1 步進電機步進電機5.2 5.2 力矩電機力矩電機5.3 5.3 小功率同步電機小功率同步電機5.4 5.4 伺服電機伺服電機5.5 5.5 測速發(fā)電機測速發(fā)電機5.6 5.6 自整角機自整角機5.7 5.7 直線電動機直線電動機45.4 步進電動機 步進電動機是將電脈沖控制信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。 它每接受一個電脈沖，其轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)

2、子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機繞組通電相序，即獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。5基本要求： 在電脈沖的控制下，步進電動機能迅速起動、正反轉(zhuǎn)、制動和停車；調(diào)速范圍寬廣；步進電動機的步距角要小，步距精度要高，不丟步不越步；工作頻率高、響應(yīng)速度快。6541 基本工作原理分類： 反應(yīng)式步進電動機 永磁式步進電機 混合式步進電動機71反應(yīng)式步進電動機（可變磁阻式） 利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。其結(jié)構(gòu)形式通常分為單段式和多段式兩種?？梢宰龀啥?、三相、四相、五相或更多的相數(shù)。 定子上有六個極，每個極上裝有控制繞組，每相對的兩

3、極組成一相。轉(zhuǎn)子上有四個均勻分布的齒，其上設(shè)有繞組。81反應(yīng)式步進電動機（可變磁阻式）l當(dāng)A相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子在磁場力的作用下與定子齒對齊，即轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒A、A對齊，如圖（a）所示。l若切斷A相，同時接通B相，在磁場力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30，轉(zhuǎn)子齒2、4與定于齒B、B對齊，如圖（b）所示。l如再使B相斷電，同時C相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子齒1、3與定子齒C、C對齊，如圖(c)所示。l如此循環(huán)往復(fù)，按ABCA順序通電，步進電機便按一定方向轉(zhuǎn)動。上述通電方式稱為三相單三拍，這里“拍”指定子控制繞組每改變一次通電方式，為一拍；“單”指每次只有一相控制繞組通電；“三拍”指經(jīng)過三次切

4、換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。 91反應(yīng)式步進電動機（可變磁阻式） 三相單雙六拍通電方式，通電順序為AABBBCCCAA或 AACCCBBBAA。 當(dāng)A相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒A、A對齊。 當(dāng)A、B相同時通電，轉(zhuǎn)子齒2、4在定子極B、B的吸引下使轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動，至轉(zhuǎn)子齒l、3和定子極A、A間的作用力與轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極B、B間的作用力相平衡。 當(dāng)斷開A相控制繞組而由相B控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)沿逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度，轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極B、B對齊，如圖(c)所示，依此類推。101反應(yīng)式步進電動機（可變磁阻式）單三拍通電方式時，步距角為30，而采用六拍通電方式時，步距角為1

5、5，采用單雙拍通電方式時，步距角要比單拍電方式時減小一半。步進電機的步距角s的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)和通電方式所決定式中，C為通電狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)采用單拍方式時，Cl；而采用單雙拍方式時，C2；m為步進電機的相數(shù)；Zr為步進電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)。360srmZ C11 若步進電機通電的脈沖頻率為f（每秒的拍數(shù)），則步進電機的速度為 式中 f為頻率， n為轉(zhuǎn)速。 電機在脈沖頻率一定時，電機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多，則步距角s就越小，轉(zhuǎn)速也越低。 mZrCfn60122永磁式步進電動機 一般將轉(zhuǎn)子使用永磁材料的步進電動機稱作永磁式步進電動機。通常轉(zhuǎn)子為一對極或幾對極的星形磁鋼，定子上繞有二相或多相繞

6、組，定子每相的軸線對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的軸線，這類電動機要求電源提供正負(fù)脈沖。 增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)及定子的齒數(shù)可以減小步距角，但轉(zhuǎn)子要制成NS相間的多對磁極是較困難的，同時定子極數(shù)及繞組線圈數(shù)也必須相應(yīng)增加，這將受到定子空間的限制，因此永磁式步進電動機的步距角都較大。133混合式步進電動機 混合式步進電動機是在永磁和變磁阻原理共同作用下運轉(zhuǎn)的，故稱為混合式或永磁感應(yīng)式步進電動機。 通常轉(zhuǎn)子裝有一個軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個單向磁場，其中一段經(jīng)永磁體磁化為S極，另一段磁化成N極。定子的齒距和轉(zhuǎn)子的齒距相同。它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。反應(yīng)式電機轉(zhuǎn)子無磁鋼，輸入能量全靠定子勵磁電流供給，靜態(tài)電流比永

7、磁式大許多。 混合式電機具有驅(qū)動電流小、效率高、過載能力強等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前途的步進電動機。145.4.2 步進電動機的特點1.輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比。2.轉(zhuǎn)速與輸人的脈沖頻率成正比。3.轉(zhuǎn)向可以通過改變通電順序來改變。4.具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電動機就可以保持在該固定位置。5.不易受電源電壓波動、電流、溫度變化等影響，只要干擾未引起步進電動機 “丟步”，就不會影響其正常工作。6.步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差為“零” 。7.易于直接與微機的I/O接口，構(gòu)成開環(huán)位置伺服系統(tǒng)。 步進電動機被廣泛應(yīng)用于開環(huán)

8、控制結(jié)構(gòu)的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。152使用步進電動機時應(yīng)注意的幾個問題（1）驅(qū)動電源的優(yōu)劣對步進電動機控制系統(tǒng)的運行影響極大，使用時要特別注意，需根據(jù)運行要求，盡量采用先進的驅(qū)動電源，以滿足步進電動機的運行性能。（2）若所帶負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量較大，則應(yīng)在低頻下啟動，然后再上升到工作頻率，停車時也應(yīng)從工作頻率下降到適當(dāng)頻率再停車。（3） 在工作過程中，應(yīng)盡量避免由于負(fù)載突變而引起的誤差。（4）若在工作中發(fā)生失步現(xiàn)象，首先，應(yīng)檢查負(fù)載是否過大，電源電壓是否正常，再檢查驅(qū)動電源輸出波形是否正常，在處理問題時不應(yīng)隨意變換元件。165.4.3步進電動機的主要性能指標(biāo)和應(yīng)用1步

9、進電動機的主要性能指標(biāo)（1) 矩角特性及最大靜轉(zhuǎn)矩矩角特性是控制繞組通電狀態(tài)不變時，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系，即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 。 最大靜轉(zhuǎn)矩是指在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中所規(guī)定的最大靜轉(zhuǎn)矩是指一相繞組通上額定電流時的最大轉(zhuǎn)矩值。按最大靜轉(zhuǎn)矩的大小可把步進電動機分為伺服步進電動機和功率步進電動機。175.1.1 直流伺服電動機（1600W） 它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵電動機相同，不同點只是他做得比較細(xì)長一些，以滿足快速響應(yīng)的要求。18直流伺服電動機的實物圖191. 控制方式l電樞控制（改變控制電壓）響應(yīng)迅速、機械特性硬，調(diào)速線性度好，應(yīng)用較多

10、。 l磁場控制（改變磁通 ）不適合永磁伺服電機。202. 運行特性 電樞控制直流伺服電動機的運行特性包括機械特性和調(diào)節(jié)特性。 1）機械特性 當(dāng)控制電壓Ua0時，電動機立即停止，因此，無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 2）調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。Ua0是電動機處在待動而又未動臨界狀態(tài)時的控制電壓，稱為始動電壓，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，始動電壓越高。而且控制電壓從0到Ua0一段范圍內(nèi)，電機不轉(zhuǎn)動，稱為電動機的死區(qū)。213直流伺服電動機的特點 具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時間響應(yīng)，機械特性較硬。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電刷換向使速度受到限制，有附加阻力，甚至可能會出現(xiàn)低速運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。 低速運轉(zhuǎn)時，由于電樞齒槽、電刷接觸壓降和

11、電刷和換向器之間摩擦的影響，轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)時快、時慢，甚至?xí)簳r停一下的不均勻現(xiàn)象。低速運轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性可以通過增加穩(wěn)速控制電路或使用直流力矩電動機加以解決。225.1.2 低慣量直流伺服電動機 1.空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動機 空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動機的特點是慣量低；靈敏度高，時間常數(shù)很小； 損耗小，效率高；力矩波動小，低速轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，噪音很?。粨Q向性能好，壽命長。多用于高精度自動控制系統(tǒng)及測量裝置等設(shè)備中。232.印制繞組直流伺服電動機 印制繞組直流伺服電動機的轉(zhuǎn)子呈薄片圓盤狀，用印刷電路制成雙面電樞繞組。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低；起動轉(zhuǎn)矩大；力矩波動很小，低速運行穩(wěn)定；換向性能好；電樞轉(zhuǎn)動慣量小，

12、反應(yīng)快。243.無槽電樞直流伺服電動機 無槽電樞直流伺服電動機的電樞鐵心是光滑、無槽的圓柱體。其特點是轉(zhuǎn)動慣量低；起動轉(zhuǎn)矩大；反應(yīng)快；低速運行均勻；換向性能良好。 255.1.3 交流伺服電動機交流伺服電動機 改變控制電壓的大小和相位（或極性）就可以改變伺服電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 特點：調(diào)速范圍廣；狀態(tài)（啟動、停止）變換快；控制功率小，過載能力強，可靠性好。0.1100W261. 兩相交流伺服電動機的結(jié)構(gòu) 定子：繞組有兩個（勵磁繞組WF，控制繞組WC）。 轉(zhuǎn)子：一般分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)。27交流伺服電機實物圖282. 兩相交流伺服電動機基本工作原理 WF的勵磁電壓為一定，WC的控制電

13、壓可以變換。 輸入控制信號，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機轉(zhuǎn)動； 控制電壓相位改變180度，電機反轉(zhuǎn)； 但控制電壓取消后如何使其停止呢？ 29消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條具有較大的電阻。303. 控制方式1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。 315.1.4 交/直流伺服電動機的性能比較1.機械特性和調(diào)節(jié)特性 直流伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，且在不同控制電壓下機械特性是平行的，斜率不變。 兩相感應(yīng)伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性都是非線性的，且其線性化機械特性的斜率隨控制電壓的變化而變化，這會在一定程度上影響系統(tǒng)的動態(tài)精度。 直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬，通常應(yīng)用于功率稍大的系

14、統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。 322.動態(tài)響應(yīng) 由于直流伺服電動機轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器等，轉(zhuǎn)動慣量要比兩相感應(yīng)伺服電動機大得多。但由于直流伺服電動機的機械特性比兩相感應(yīng)伺服電動機硬得多，若空載轉(zhuǎn)速相同，直流伺服電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要大得多。因此，它們的動態(tài)響應(yīng)時間常數(shù)相差不多。333. “自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象 對于兩相感應(yīng)伺服電動機，若參數(shù)選擇不當(dāng)或制造工藝不良，可能會使電動機產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，而直流伺服電動機卻不存在該問題。 344. 體積、重量和效率 為了滿足控制系統(tǒng)對電機性能的要求，兩相感應(yīng)伺服電動機的轉(zhuǎn)子電阻很大，因此其損耗大、效率低。而且常運行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場下，負(fù)序電流和反向旋轉(zhuǎn)磁場的存

15、在，一方面產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)矩減小，另一方面也進一步增加了電機的損耗，降低了電機的利用率。因此當(dāng)輸出功率相同時，兩相感應(yīng)伺服電動機要比直流伺服電動機體積大、重量重、效率低，所以它只適用于較小功率的場合，對于功率較大的控制系統(tǒng)，則較多地采用直流伺服電動機。355. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運行可靠性及對系統(tǒng)的干擾 直流伺服電動機由于存在電刷和換向器，使電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較麻煩；由于電刷和換向器的滑動接觸，增加了電動機的阻轉(zhuǎn)矩，并且會影響電機運行的穩(wěn)定性；存在換向火花問題，會對其它儀器和無線電通訊等產(chǎn)生干擾。 兩相感應(yīng)伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便，使用壽命長，特別適宜于在不易檢修的場合使用。3

16、65.2 力矩電動機分類： 交流（異步同步）。特點 375.2.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構(gòu)特點 相同體積和電樞電壓時，結(jié)構(gòu)尺寸上直徑大，導(dǎo)體有效長度短（電樞鐵心厚度薄）。38直流力矩電動機轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低39直流力矩電動機的特點和應(yīng)用 具有良好的低速平穩(wěn)性和線性的機械特性及調(diào)節(jié)特性；精度高、反應(yīng)速度快、線性度好。常用為執(zhí)行元件。 例如天線（雷達、衛(wèi)星）；與測速發(fā)電機等組成高精度的寬調(diào)速伺服系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達0.000174天一轉(zhuǎn)25rpm 。40力矩電動機的實物圖415.3 小功率同步電動機小功率同步電動機 小功率同步電動機的功率通常在數(shù)百瓦以下，在要求速度恒定不變的控制系統(tǒng)和裝置中常用作執(zhí)行

17、元件，如打印記錄機構(gòu)、電鐘、錄像機、電影攝/放映機、傳真機等控制設(shè)備和自動裝置。 同步電動機結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。它結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便。 根據(jù)轉(zhuǎn)子機械結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)子材料，同步電動機可分為永磁式、磁阻式和磁滯式等類型。 42三相永磁式同步電動機實物圖435.3.1 永磁式同步電動機 永磁式同步電動機轉(zhuǎn)子主要由永久磁鐵、鐵心、鼠籠繞組構(gòu)成。永久磁鐵用來產(chǎn)生磁通，鼠籠繞組置于轉(zhuǎn)子鐵心槽中。 永磁式同步電動機的工作原理與一般同步電動機基本相似，只是其轉(zhuǎn)子勵磁是采用永久磁鐵。 啟動方法和一般的同步電動機一樣，在轉(zhuǎn)子上裝有啟動用的鼠籠繞組。 445.3.2 磁阻式電磁減速同步電動機 磁阻

18、電動機又稱為反應(yīng)式電動機，這種電機的轉(zhuǎn)子本身沒有磁性，只是利用磁場中可移動部件試圖使磁路磁阻最小的原理，依靠轉(zhuǎn)子兩個正交方向磁阻的不同而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這種轉(zhuǎn)矩稱為磁阻轉(zhuǎn)矩或反應(yīng)轉(zhuǎn)矩。 磁阻電動機有單相和三相兩種，功率從幾瓦到幾百瓦。 起動也需要在轉(zhuǎn)子上另外裝設(shè)起動繞組，以達到異步起動，同步運行。 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本較低，轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到上百轉(zhuǎn)之間，是一種常用的低速電動機。 45轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為rsZZ22定子旋轉(zhuǎn)磁場的角速度0和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度之比，稱為電磁減速系數(shù)srrrssRZZZZZZK222046電機旋轉(zhuǎn)角速度為pfZZZZZZrsrrsr20式中，p定子磁場的極對數(shù)475

19、.3.3 磁滯式同步電動機 磁滯電動機的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)可靠，起動轉(zhuǎn)矩大，不需要裝任何起動裝置就能平穩(wěn)地牽入同步。 磁滯電動機也屬于交流同步電機，其定子與一般交流電機相同，而轉(zhuǎn)子也沒有勵磁源，由硬磁材料沖片疊壓而成的轉(zhuǎn)子，其渦流轉(zhuǎn)矩小，電動機起動及運行主要依靠磁滯轉(zhuǎn)矩；由整塊硬磁材料做成的轉(zhuǎn)子，除了磁滯轉(zhuǎn)矩外，還有渦流轉(zhuǎn)矩，可以增大起動轉(zhuǎn)矩。 磁滯式電動機的轉(zhuǎn)子是用硬磁材料做成的，這種硬磁材料具有比較寬的磁滯回環(huán)，其剩磁密度和矯頑力要比軟磁材料大。481步進電動機的主要性能指標(biāo)（2）起動頻率和起動的矩頻特性起動頻率是指步進電動機能夠不失步起動的最高脈沖頻率。技術(shù)數(shù)據(jù)中給出空載和負(fù)載起動

20、頻率。實際使用時，大多是在負(fù)載情況下起動，所以又給出起動的矩頻特性，以便確定負(fù)載起動頻率。491步進電動機的主要性能指標(biāo)（3）步距角及步距角精度 步距角是指輸入一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。步距角小的電機起動和運行頻率較高。步距角精度是指步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差，用百分比表示：誤差/步距角100%。不同運行拍數(shù)其值不同。501步進電動機的主要性能指標(biāo)（4）運行頻率和運行矩頻特性運行頻率是指步進電動機起動后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的最高頻率。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中也給出空載和負(fù)載運行頻率，運行頻率的高低與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，所以又給出了運行矩頻特性。步進電動機的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩和

21、脈沖頻率的關(guān)系，稱為矩頻特性。在一定控制脈沖頻率范圍內(nèi)，隨頻率升高，電機的功率和轉(zhuǎn)速都相應(yīng)地提高，超出該范圍則隨頻率升高轉(zhuǎn)矩下降，步進電動機帶負(fù)載的能力也逐漸下降，到某一頻率以后，就帶不動任何負(fù)載，而且只要受到一個很小的擾動，就會振蕩、失步以至停轉(zhuǎn)。 51步進電動機矩角特性/矩頻特性步進電動機矩角特性步進電動機矩頻特性525.5測速發(fā)電機將轉(zhuǎn)速變?yōu)殡娦盘栍猛荆河脕頊y量轉(zhuǎn)速； 廣泛應(yīng)用于速度或位置控制系統(tǒng)中， 以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)變量，可作為機電微分、積分器。常用于PID控制。分類：直流測速發(fā)電機；異步（交流）測速發(fā)電機；同步發(fā)電機。 53直流測速發(fā)電機0eUEKneEKn54直流測速發(fā)電機的誤

22、差 1） 電樞反應(yīng)的影響 發(fā)電機帶上負(fù)載后，電樞中通過的電流Ia產(chǎn)生電樞磁場，使氣隙中的合成磁場產(chǎn)生畸變 2）延遲換向的影響 延遲換向是指換向元件中的總電動勢eK阻礙電流變化，使換向延遲的現(xiàn)象。 3）溫度的影響 溫度變化導(dǎo)致勵磁繞組電阻變化，將引起勵磁電流和磁通的變化 4）紋波電動勢的影響 直流測速發(fā)電機因換向片數(shù)有限，而電樞繞組電動勢是每一支路中有限個元件感應(yīng)電動勢的疊加，因此輸出電動勢總是帶有微弱的波動，這種微小的波動稱為紋波，紋波造成了線性誤差。 5） 電刷接觸壓降對輸出特性的影響 電刷接觸電壓的影響導(dǎo)致輸出特性存在不靈敏區(qū)。55直流測速發(fā)電機的主要性能指標(biāo) 1）線性誤差 在工作轉(zhuǎn)速范圍

23、內(nèi)，實際輸出特性曲線與線性輸出特性之間的最大差值與最高線性轉(zhuǎn)速在線性特性曲線上對應(yīng)的電壓之比。 2）靈敏度 也稱輸出斜率，是指在額定勵磁電壓下，轉(zhuǎn)速為1000 rmin時所產(chǎn)生的輸出電壓。 3）最高線性工作轉(zhuǎn)速和最小負(fù)載電阻 是保證測速發(fā)電機工作在允許的線性誤差范圍內(nèi)的兩個使用條件。56 4）不靈敏區(qū) 由電刷接觸壓降Ub而導(dǎo)致輸出特性斜率顯著下降(幾乎為零)的轉(zhuǎn)速范圍。該性能指標(biāo)在超低速控制系統(tǒng)中是重要的。 5）輸出電壓的不對稱度 指在相同轉(zhuǎn)速下，測速發(fā)電機正、反轉(zhuǎn)時，輸出電壓絕對值之差與兩者平均值之比。對要求正、反轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)需考慮該指標(biāo)。 6）紋波系數(shù) 測速發(fā)電機在一定轉(zhuǎn)速下，輸出電壓中交

24、流分量的有效值與直流分量之比。高精度速度伺服系統(tǒng)對該指標(biāo)的要求較高。57交流（感應(yīng)）測速發(fā)電機 交流測速發(fā)電機:同步測速發(fā)電機和感應(yīng)測速發(fā)電機兩大類。 同步測速發(fā)電機定子輸出繞組感應(yīng)電動勢的大小和頻率都隨轉(zhuǎn)速n的變化而變化，不宜用于自動控制系統(tǒng)中。 感應(yīng)測速發(fā)電機的定子上有兩相正交繞組，其中一相接電源勵磁，另一相用作輸出電壓信號。 鼠籠轉(zhuǎn)子感應(yīng)測速發(fā)電機，結(jié)構(gòu)簡單，但性能較差；空心杯形轉(zhuǎn)子感應(yīng)測速發(fā)電機性能好，是目前應(yīng)用最廣泛的一種交流測速發(fā)電機。58轉(zhuǎn)子切割勵磁磁場產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電動勢220fUEn 0104.44rvvwrrfff k Nkn59主要技術(shù)指標(biāo) （1）線性誤差 嚴(yán)格來說，輸出電壓

25、和轉(zhuǎn)速之間不是直線關(guān)系，由非線性引起的誤差稱為線性誤差 （2）相位誤差 相位誤差是指交流測速發(fā)電機實際輸出電壓與勵磁電壓之間相位移的變化量，它隨轉(zhuǎn)速的改變而變化。 （3）剩余電壓 剩余電壓是指交流測速發(fā)電機在勵磁繞組接額定勵磁電壓，轉(zhuǎn)子靜止時輸出繞組中所產(chǎn)生的電壓。它會使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作而引起系統(tǒng)的誤差。 外接補償裝置用補償繞組來消除剩余電壓,可以達到完全補償剩余電壓的目的。 （4）輸出斜率（靈敏度）： 輸出斜率是額定勵磁電壓下，轉(zhuǎn)速為1000 rmin時測速發(fā)電機的輸出電壓。輸出斜率越大，測速發(fā)電機靈敏度就越高。 60直流測速發(fā)電機與異步測速發(fā)電直流測速發(fā)電機與異步測速發(fā)電機的性能比較機的性能

26、比較沒有相位波動，沒有剩余電壓,輸出特性較軟，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，摩擦轉(zhuǎn)矩大，換向時有火花和無線電干擾信號，輸出特性不穩(wěn)定且正反向不對稱。結(jié)構(gòu)簡單，易維護，慣量小，輸出特性穩(wěn)定（正反轉(zhuǎn)對稱），精度高，工作可靠。存在剩余電壓和相位誤差，且負(fù)載的大小和性質(zhì)會影響輸出電壓的幅值和相位。615.6自整角機（用于角度的傳輸、變換和指示） 特點特點在隨動系統(tǒng)中，用于角度的傳輸、變換和指示。通常是兩臺或多臺組合使用，異地兩根軸同步旋轉(zhuǎn)。 分類： 發(fā)送機接收機；力矩式（指示系統(tǒng)）控制式（隨動系統(tǒng)）；三相（電軸）單相（角度傳遞系統(tǒng)）。 62自整角機及其變送器實物圖635.6.1控制式自整角機發(fā)送機轉(zhuǎn)子繞組為初級繞組，通常

27、按50Hz或400Hz的交流勵磁電壓。定子繞組為次級繞組。次級繞組中感應(yīng)的電壓取決于磁力線與線圈切割時的角度。當(dāng)兩組平行時為最大，而當(dāng)兩繞組正交時為零。所以在任何一個繞組中感應(yīng)的電壓取決于轉(zhuǎn)子相對于該繞組的位置?？刂剖阶哉菣C發(fā)送機 64定子繞組中的感應(yīng)電壓與轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系 rzsKEEcos2)120cos(3rzsKEE)120cos(1rzsKEE這三個線間電壓與軸的轉(zhuǎn)角是單值對應(yīng)的，沒有任何兩個軸的轉(zhuǎn)角位置上能使三個電壓對應(yīng)相等。 655.6.2力矩式自整角接收機力矩式自整角接收機 力矩式自整角接收機與控制式自整角發(fā)送機相反，是一種把電壓變成位置的傳感器。 兩個裝置的定子引線間是

28、電聯(lián)系，兩個轉(zhuǎn)子使用同一個勵磁。 66自整角發(fā)送機接收機機組當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角cr與在相應(yīng)的一對定子引線之間感應(yīng)出相等的電壓，在任一個裝置中都沒有定子電流流動。因為沒有產(chǎn)生定子磁場，在定子和轉(zhuǎn)子磁場之間沒有相互作用，因而在轉(zhuǎn)子上不產(chǎn)生力矩。 相同時，如果自整角發(fā)送機的轉(zhuǎn)子相對于自整角接收機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，在相應(yīng)的定子繞組磁場中感應(yīng)的電壓就不相等。此電壓差將引起兩定子繞組之間流過電流。定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用的結(jié)果在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個力矩。 67自整角發(fā)送機接收機機組的使用局限于較低的負(fù)載力矩，其精度由接收機軸承的摩擦和負(fù)載來確定。常用于機械負(fù)載輕的儀表指示系統(tǒng)。 685.6.3控制式自整角變壓器控制式自整角

29、變壓器 控制式自整角變壓器是專為隨動系統(tǒng)中作為位置傳感器和誤差檢測器而設(shè)計的。其結(jié)構(gòu)與發(fā)送機或接收機的結(jié)構(gòu)相似，其中定子是由三個相隔間距的形連接的繞組構(gòu)成。而轉(zhuǎn)子是圓柱形的，屬于隱極結(jié)構(gòu)，形成一個均勻的氣隙而具有最小的激磁電流。另外控制式自整角變壓器具有較高的繞組阻抗使其輸入功率盡可能降低到實際需要的大小。 69當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的軸線垂直于發(fā)送機軸位置指明的磁場矢量時，轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電壓為零。因此控制式自整角變壓器的零點或零位被定義為轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓為零位位置。 )sin(maxbfzEE705.6.4控制式差動發(fā)送機控制式差動發(fā)送機控制式差動發(fā)送機的定子和轉(zhuǎn)子都有三個相距的繞組如圖519所示。這些繞組與自整角發(fā)送機的定子繞組相似。這種布局為該裝置提供了兩個輸入：作用在定子繞組上的自整角發(fā)送機數(shù)據(jù)以及作用在轉(zhuǎn)子上的機械角度輸入。 71接收機的轉(zhuǎn)角 dfc如果把自整角發(fā)送機和差動發(fā)送機的接頭S1和S3互換，則輸出將是這兩個輸入角之和 72控制式和力矩式自整角機的比較 項 目控制式自整角機力矩式自整角機負(fù)載能力 自整角變壓器只輸出信號，負(fù)載能力取決于系統(tǒng)中伺服電動機及放大器的功率接收機的負(fù)載能力受到精度及比整步轉(zhuǎn)矩的限制，故只能帶動指針、刻度盤等輕負(fù)載精 度 較高較低系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜，需要用伺服電動機、放大器、減速齒輪等較簡單，不需要用其