電機(jī)與拖動第9章控制電機(jī)

1、Whh制作 第第 9 章章 控制電機(jī)控制電機(jī)9.2 直流力矩電動機(jī)直流力矩電動機(jī)9.3 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)9.5 自整角機(jī)自整角機(jī)9.6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器*9.7 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器9.1 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)9.2 直流力矩電動機(jī)直流力矩電動機(jī)9.3 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)9.5 自整角機(jī)自整角機(jī)9.6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器*9.7 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器9.1 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)電機(jī)與拖動電機(jī)與拖動Whh制作 控制電機(jī)概述控制電機(jī)概述 在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生的具有特殊性能的在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生的具有特殊性能的小功率

2、電機(jī)。小功率電機(jī)。不以能量轉(zhuǎn)換、傳遞功率為主要功能，而主要任務(wù)不以能量轉(zhuǎn)換、傳遞功率為主要功能，而主要任務(wù)是是完成控制信號的傳遞和轉(zhuǎn)換完成控制信號的傳遞和轉(zhuǎn)換在系統(tǒng)中起在系統(tǒng)中起檢測、放大、執(zhí)行和校正檢測、放大、執(zhí)行和校正作用，經(jīng)常用作用，經(jīng)常用作作執(zhí)行元件和檢測元件執(zhí)行元件和檢測元件1.什么是什么是 控制電機(jī)控制電機(jī)Whh制作 2. 控制電機(jī)的特點(diǎn)控制電機(jī)的特點(diǎn) 普通電機(jī)普通電機(jī):主要任務(wù)是主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換， 它們的主要問題是提高它們的主要問題是提高能量轉(zhuǎn)換的效率。能量轉(zhuǎn)換的效率。 體積小、體積小、 重量輕、重量輕、 耗電少；耗電少；高可靠性；高精度；快速響應(yīng)；高可靠性；高精度；快

3、速響應(yīng)；控制電機(jī)控制電機(jī):在自動控制系統(tǒng)中，在自動控制系統(tǒng)中， 只起一個元件的作用，只起一個元件的作用， 其其主要任務(wù)是完成主要任務(wù)是完成控制信號的傳遞和轉(zhuǎn)換控制信號的傳遞和轉(zhuǎn)換， 而能量轉(zhuǎn)換是次而能量轉(zhuǎn)換是次要的。要的。 輸出功率較小，一般從數(shù)百毫瓦到幾百瓦；輸出功率較小，一般從數(shù)百毫瓦到幾百瓦；系列產(chǎn)品的外徑，一般由系列產(chǎn)品的外徑，一般由12.5mm到到130mm；重量從數(shù)十克到數(shù)千克；重量從數(shù)十克到數(shù)千克；Whh制作 3. 控制電機(jī)的種類控制電機(jī)的種類控制電機(jī)控制電機(jī)測量元件測量元件（信號元件）（信號元件）旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器交直流測速發(fā)電機(jī)交直流測速發(fā)電機(jī)自整角機(jī)自整角機(jī)感應(yīng)同步機(jī)感應(yīng)

4、同步機(jī)執(zhí)行執(zhí)行元件元件（功率功率元件）元件）步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)交直流伺服電動機(jī)交直流伺服電動機(jī)力矩電機(jī)力矩電機(jī)無刷直流電動機(jī)無刷直流電動機(jī)Whh制作 （1）. 執(zhí)行元件（功率元件）執(zhí)行元件（功率元件）任務(wù)任務(wù):將將電信號電信號轉(zhuǎn)換成軸上的轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度角位移或角速度以及以及直線位直線位移和線速度移和線速度， 并帶動控制對象運(yùn)動。并帶動控制對象運(yùn)動?？刂瓶刂?特性特性:電機(jī)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和和控制信號控制信號（如控制電壓、脈沖頻率）（如控制電壓、脈沖頻率）之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。執(zhí)行元件執(zhí)行元件（功率元件）（功率元件）步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)交直流伺服電動機(jī)交直流伺服電動機(jī)力矩電機(jī)力矩

5、電機(jī)無刷直流電動機(jī)無刷直流電動機(jī)Whh制作 圖圖 1 伺服電動機(jī)的控制特性伺服電動機(jī)的控制特性 圖圖 2 步進(jìn)電動機(jī)的控制特性步進(jìn)電動機(jī)的控制特性 Whh制作 （2）. 測量元件測量元件(信號元件信號元件)測量元件測量元件（信號元件）（信號元件）旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器交直流測速發(fā)電機(jī)交直流測速發(fā)電機(jī)自整角機(jī)自整角機(jī)感應(yīng)同步機(jī)感應(yīng)同步機(jī) 用來測量用來測量機(jī)械轉(zhuǎn)角機(jī)械轉(zhuǎn)角、 轉(zhuǎn)角差轉(zhuǎn)角差和和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速， 一般在自動控制系統(tǒng)中作為一般在自動控制系統(tǒng)中作為敏感元件敏感元件和和校正元件校正元件。任務(wù)任務(wù):控制控制 特性特性:自整角機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器自整角機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器Whh制作 圖圖 3

6、 自整角機(jī)的控制特性自整角機(jī)的控制特性 圖圖 4 測速發(fā)電機(jī)的控制特性測速發(fā)電機(jī)的控制特性 圖圖 5 旋轉(zhuǎn)變壓器的控制特性旋轉(zhuǎn)變壓器的控制特性 Whh制作 4. 控制電機(jī)的發(fā)展概況控制電機(jī)的發(fā)展概況（1）. 國外國外20世紀(jì)世紀(jì)30年代：迅速發(fā)展，規(guī)模和使用領(lǐng)域日益壯大；年代：迅速發(fā)展，規(guī)模和使用領(lǐng)域日益壯大；40年代以后：逐步形成基本系列；年代以后：逐步形成基本系列；60年代以后：品種日益增多；年代以后：品種日益增多；（2）. 我國我國60年代前后：全面發(fā)展，仿制為主；年代前后：全面發(fā)展，仿制為主；60年代后期：自行設(shè)計(jì)與研發(fā)；年代后期：自行設(shè)計(jì)與研發(fā)； 初具規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)體系。初具規(guī)模的專

7、業(yè)生產(chǎn)體系。Whh制作 （3）. 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢提高精度、可靠性和適應(yīng)性；提高精度、可靠性和適應(yīng)性；小型化；小型化；發(fā)展發(fā)展特殊用途特殊用途和和特殊性能特殊性能的控制電機(jī)；的控制電機(jī)；開展開展新原理新原理、新結(jié)構(gòu)新結(jié)構(gòu)電機(jī)的研制工作；電機(jī)的研制工作；Whh制作 火炮和雷達(dá)的自動定位；火炮和雷達(dá)的自動定位； 艦船方向舵的自動操縱；艦船方向舵的自動操縱； 飛機(jī)的自動駕駛；飛機(jī)的自動駕駛； 遙遠(yuǎn)目標(biāo)位置的顯示；遙遠(yuǎn)目標(biāo)位置的顯示； 機(jī)床加工過程的自動控制和自動顯示；機(jī)床加工過程的自動控制和自動顯示； 閥門的遙控；閥門的遙控；機(jī)器人、機(jī)器人、 電子計(jì)算機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、 自動記錄儀表、自動記錄儀表、

8、醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、 錄音錄像設(shè)備等中的自動控制系統(tǒng)。錄音錄像設(shè)備等中的自動控制系統(tǒng)。 5. 控制電機(jī)的使用范圍控制電機(jī)的使用范圍Whh制作 以以3個控制系統(tǒng)為實(shí)例個控制系統(tǒng)為實(shí)例放大器放大器KA速度傳感器速度傳感器負(fù)載負(fù)載伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)w0VR+_圖圖1：簡單的速度控制系統(tǒng)原理圖：簡單的速度控制系統(tǒng)原理圖KS w0Whh制作 圖圖2：機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)原理圖：機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)原理圖可控制編程器可控制編程器刀具刀具測測 速速發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)數(shù)模數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器放大器放大器電動機(jī)電動機(jī)模數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器脈沖脈沖反饋反饋傳感器傳感器輸出量輸出量刀具位置刀具位置PWhh制作 圖圖3 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)原

9、理線路雷達(dá)天線控制系統(tǒng)原理線路Whh制作 v雷達(dá)的搜索過程雷達(dá)的搜索過程： 當(dāng)雷達(dá)還沒有捕捉到飛機(jī)時，當(dāng)雷達(dá)還沒有捕捉到飛機(jī)時， 要由雷達(dá)操縱手要由雷達(dá)操縱手操作，操作， 使天線旋轉(zhuǎn)去搜索飛機(jī)，使天線旋轉(zhuǎn)去搜索飛機(jī)， 這時圖這時圖 1 - 1 上的上的閘刀閘刀S合在位置合在位置。 v自動跟蹤狀態(tài)自動跟蹤狀態(tài)： 當(dāng)天線捕捉到目標(biāo)時，當(dāng)天線捕捉到目標(biāo)時， 把閘刀立即合向位置把閘刀立即合向位置。 這時雷達(dá)天線作自動跟蹤飛機(jī)的運(yùn)動。這時雷達(dá)天線作自動跟蹤飛機(jī)的運(yùn)動。兩種工作狀態(tài)：兩種工作狀態(tài)：Whh制作 （1） 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的搜索狀態(tài)雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的搜索狀態(tài)雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)動：雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)動：搖動手

10、把搖動手把7自整角發(fā)送機(jī)自整角發(fā)送機(jī)1的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)通過自動控制系統(tǒng)的作用通過自動控制系統(tǒng)的作用雷達(dá)天線雷達(dá)天線 3 跟著自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角跟著自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角自動地旋轉(zhuǎn)自動地旋轉(zhuǎn)Whh制作 雷達(dá)天線方位角手控原理圖雷達(dá)天線方位角手控原理圖自整角自整角變壓器變壓器減速箱減速箱c變換與放大變換與放大功放功放伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)方位角誤差信號方位角誤差信號同步發(fā)送機(jī)同步發(fā)送機(jī)r手柄轉(zhuǎn)角手柄轉(zhuǎn)角天線方位天線方位軸轉(zhuǎn)角軸轉(zhuǎn)角Whh制作 已知發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角已知發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角；接收機(jī)的轉(zhuǎn)角；接收機(jī)的轉(zhuǎn)角當(dāng)當(dāng)時：時： 轉(zhuǎn)角差轉(zhuǎn)角差=- 0， 接收機(jī)的輸出電壓接收機(jī)的輸出電壓U10。 當(dāng)當(dāng)時：轉(zhuǎn)角差時：轉(zhuǎn)

11、角差0， U10（與（與 成正比）。成正比）。 自整角機(jī)敏感元件自整角機(jī)敏感元件這樣：這樣： 自整角自整角接收機(jī)接收機(jī)就好像自動控制系統(tǒng)的眼睛一樣，就好像自動控制系統(tǒng)的眼睛一樣， 可以很可以很靈敏地感覺出天線的轉(zhuǎn)角是否跟上自整角靈敏地感覺出天線的轉(zhuǎn)角是否跟上自整角發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角。的轉(zhuǎn)角。Whh制作 雷達(dá)手向某一方向搖動手輪雷達(dá)手向某一方向搖動手輪產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)角差產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)角差自整角接收機(jī)就有交流電壓自整角接收機(jī)就有交流電壓U1輸出輸出U1經(jīng)過交流放大器放大經(jīng)過交流放大器放大由環(huán)形解調(diào)器轉(zhuǎn)換成直流電壓由環(huán)形解調(diào)器轉(zhuǎn)換成直流電壓U2U2送入直流放大器放大為送入直流放大器放大為U3U3去控制差動放

12、大器的可控硅的導(dǎo)通和截止去控制差動放大器的可控硅的導(dǎo)通和截止可控硅可控硅VD1和和VD2導(dǎo)通，直流伺服電動機(jī)導(dǎo)通，直流伺服電動機(jī) 5旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。另一個方向另一個方向U1極性相反極性相反U2極性相反極性相反U3極性相反極性相反直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī) 5反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn) 伺服電動機(jī)執(zhí)行元件伺服電動機(jī)執(zhí)行元件Whh制作 直流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動直流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動變速箱變速箱 4帶動天線帶動天線 3 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)帶動自整角接收機(jī)帶動自整角接收機(jī)轉(zhuǎn)角差轉(zhuǎn)角差減小減小轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角=轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角伺服電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動伺服電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動Whh制作 測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U4與它的轉(zhuǎn)速與它的轉(zhuǎn)速n成正比，成正

13、比， 并把它反饋到直流放大器中。并把它反饋到直流放大器中。 直流測速發(fā)電機(jī)校正元件直流測速發(fā)電機(jī)校正元件 為了改善自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)，為了改善自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，達(dá)到規(guī)定的精度要求等性能指標(biāo)。達(dá)到規(guī)定的精度要求等性能指標(biāo)。 Whh制作 校正元件校正元件直流測速發(fā)電機(jī)。直流測速發(fā)電機(jī)。雷達(dá)天線控制系統(tǒng)方框圖雷達(dá)天線控制系統(tǒng)方框圖 控制對象控制對象雷達(dá)天線。雷達(dá)天線。放大元件放大元件直流放大器和可控硅控制線路。直流放大器和可控硅控制線路。敏感元件敏感元件自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)。自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件放大器和解調(diào)器。放大器和解調(diào)器。執(zhí)行元件執(zhí)行元件直

14、流伺服電動機(jī)。直流伺服電動機(jī)。Whh制作 （2） 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的自動跟蹤狀態(tài)雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的自動跟蹤狀態(tài)雷達(dá)接收機(jī)收到從飛機(jī)反射回來的回波雷達(dá)接收機(jī)收到從飛機(jī)反射回來的回波轉(zhuǎn)換成電信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入到放大器輸入到放大器控制天線旋轉(zhuǎn)控制天線旋轉(zhuǎn)Whh制作 雷達(dá)天線自動控制系統(tǒng)原理框圖雷達(dá)天線自動控制系統(tǒng)原理框圖減速箱減速箱c誤差誤差檢測檢測高低角高低角放放 大大執(zhí)執(zhí) 行行電動機(jī)電動機(jī)天天線線軸軸線線指指向向r誤差誤差分析分析減速箱減速箱方位角方位角放放 大大執(zhí)執(zhí) 行行電動機(jī)電動機(jī)目目標(biāo)標(biāo)Whh制作 上述控制系統(tǒng)中所用的上述控制系統(tǒng)中所用的自整角發(fā)送機(jī)自整角發(fā)送機(jī)、 自整角接自整角接收機(jī)收

15、機(jī)、 直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)、 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)都屬于都屬于控制電機(jī)控制電機(jī)。 可以看出，可以看出， 這些電機(jī)在自動控制系統(tǒng)這些電機(jī)在自動控制系統(tǒng)中起到了很重要的作用，中起到了很重要的作用， 是必不可少的元件。是必不可少的元件。小結(jié)小結(jié)9.1 伺服電動機(jī)（伺服電動機(jī)（servo motor） 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 執(zhí)行電動機(jī)。執(zhí)行電動機(jī)。 功能功能 將電壓信號轉(zhuǎn)換成將電壓信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角或或轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速信號。信號。 種類種類 直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)。直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)。1. 直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)2. 交流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)第第9 章章 控制電機(jī)

16、控制電機(jī) 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向應(yīng)方便地受應(yīng)方便地受控制信號控制信號的控制，的控制， 調(diào)速調(diào)速范圍要大范圍要大； 整個運(yùn)行范圍內(nèi)的特性應(yīng)具有整個運(yùn)行范圍內(nèi)的特性應(yīng)具有線性關(guān)系線性關(guān)系， 保證運(yùn)行的保證運(yùn)行的穩(wěn)定穩(wěn)定性性； 當(dāng)控制信號消除時，當(dāng)控制信號消除時， 伺服電動機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)，伺服電動機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)， 也就是要求也就是要求伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)無無“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象； 控制功率控制功率要小，要小， 啟動轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩應(yīng)大；應(yīng)大； 機(jī)電時間常數(shù)要小機(jī)電時間常數(shù)要小， 始動電壓要低始動電壓要低。 當(dāng)控制信號變化時，當(dāng)控制信號變化時， 反應(yīng)應(yīng)快速反應(yīng)應(yīng)快速靈敏靈敏。 自動控制系統(tǒng)提出的要求：自動控制系

17、統(tǒng)提出的要求：伺服電動機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控伺服電動機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。一、直流伺服電動機(jī)一、直流伺服電動機(jī) 1. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 與普通小型直流電動機(jī)相同。與普通小型直流電動機(jī)相同。 直流伺服電動機(jī)的功率直流伺服電動機(jī)的功率 1 600 W。 勵磁方式勵磁方式 電磁式：電磁式： 永磁式：永磁式： +Ua 電磁式電磁式9.1 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) If+Uf 他勵式、并勵式、串勵式。他勵式、并勵式、串勵式。稀土永磁材料稀土永磁材料 +Ua 永磁式永磁式（如稀土鈷、稀土釹鐵硼）。（如稀土鈷、稀土釹

18、鐵硼）。 SMIaE E SMIa按結(jié)構(gòu)可分成按結(jié)構(gòu)可分成傳統(tǒng)型傳統(tǒng)型和和低慣量型低慣量型兩大類。兩大類。低慣量型直流伺服電動低慣量型直流伺服電動機(jī)機(jī)傳統(tǒng)型直流伺服電動傳統(tǒng)型直流伺服電動機(jī)機(jī)這種電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通直流同基本相同，也是由這種電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通直流同基本相同，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一般有一般有杯形電樞杯形電樞、圓盤電樞圓盤電樞、無槽電樞無槽電樞等結(jié)構(gòu)形式。等結(jié)構(gòu)形式。低慣量型直流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)是低慣量型直流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子輕，轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)子輕，轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)快速。小，響應(yīng)快速。2. 工作原理工作原理 施加施加 UaIa主磁通：主磁通： TnE

19、電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： T = CT Ia 電動勢：電動勢： E = CE n電樞電路電壓方程：電樞電路電壓方程： Ua = E + Ra Ian =UaCERaCECT2T9.1 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 3. 控制方式及其特性控制方式及其特性 (1) 電樞控制式電樞控制式 Uf = UfN ， Ua = Uc（控制電壓）（控制電壓） n =UcCENRaCECTN2TOTn Uc3 Uc2Uc1Uc3Uc2Uc1 機(jī)械特性機(jī)械特性9.1 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) T1 T2 T3 T3T2T1 控制特性控制特性O(shè)UcnTCRUUTaaa0定義：電動機(jī)在一定的定義：電動機(jī)在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，下

20、， 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨隨控制控制 電壓電壓變化的關(guān)系，變化的關(guān)系，n=f（Ua）。補(bǔ)充：補(bǔ)充： 調(diào)節(jié)特性（控制特性）調(diào)節(jié)特性（控制特性）負(fù)載為常數(shù)時的調(diào)節(jié)特性負(fù)載為常數(shù)時的調(diào)節(jié)特性TCCRCUnTeaea2當(dāng)當(dāng)n=0時時斜率：斜率：eCk1始動電壓始動電壓圖圖 直流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性直流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性 TCCRCUnTeaea2 在 實(shí) 際 工在 實(shí) 際 工作 中 經(jīng) 常作 中 經(jīng) 常以以 試 驗(yàn)試 驗(yàn) 的的方 法 獲 得方 法 獲 得調(diào) 節(jié) 特 性調(diào) 節(jié) 特 性。表征調(diào)節(jié)特性的兩個量：表征調(diào)節(jié)特性的兩個量：（1）始動電壓）始動電壓Ua0sTaaTCRU0死區(qū)死區(qū)負(fù)載越大：負(fù)載越大：U

21、a0越大，越大， 死區(qū)越大。死區(qū)越大。（2）斜率）斜率keCk1與負(fù)載無關(guān)，電機(jī)本身參數(shù)決定與負(fù)載無關(guān)，電機(jī)本身參數(shù)決定所以，對于不同負(fù)載得到一組所以，對于不同負(fù)載得到一組 的調(diào)節(jié)特性的調(diào)節(jié)特性相互平行相互平行 (2) 磁場控制式磁場控制式 Ua = UaN ， Uf = Uc（控制電壓）（控制電壓）忽略磁路飽和、不計(jì)電樞反應(yīng)，則忽略磁路飽和、不計(jì)電樞反應(yīng)，則 = C Uf = C Ucn =UaNCECUc Ra CECT C2Uc2 T Uc3Uc2 Uc1Uc3Uc2RL2nRRCRREULaeLaa11RL越小，斜率越小越小，斜率越小理想理想 產(chǎn)生誤差的原因產(chǎn)生誤差的原因 電樞反應(yīng)。電

22、樞反應(yīng)。 環(huán)境溫度的變化，引起各環(huán)境溫度的變化，引起各 繞組的電阻值變化。繞組的電阻值變化。 負(fù)載變化，引起電刷與換負(fù)載變化，引起電刷與換 向器接觸電阻的變化。向器接觸電阻的變化。9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) 圖圖 不同負(fù)載電阻時的不同負(fù)載電阻時的實(shí)際實(shí)際輸出特性輸出特性 UaRL= RL1RL2n n n越高，越高，R RL L越小，誤差越大越小，誤差越大規(guī)定：規(guī)定： 最大線性工作轉(zhuǎn)速最大線性工作轉(zhuǎn)速 最小負(fù)載電阻值最小負(fù)載電阻值 1 ）溫度影響及消除辦法）溫度影響及消除辦法周圍環(huán)境溫度變化周圍環(huán)境溫度變化電機(jī)本身發(fā)熱電機(jī)本身發(fā)熱電機(jī)繞組電阻的變化電機(jī)繞組電阻的變化勵磁繞組電阻勵磁繞組電阻R

23、f增大增大勵磁電流減小勵磁電流減小磁通減小磁通減小感應(yīng)電動勢減小感應(yīng)電動勢減小輸出電壓減小輸出電壓減小4 直流測速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小的方法直流測速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小的方法一臺一臺ZCF16型直流測速發(fā)電機(jī)：型直流測速發(fā)電機(jī)：勵磁電流勵磁電流If mA轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n（r/min）輸出電壓輸出電壓Ua（v）結(jié)論結(jié)論室溫啟動室溫啟動 3002400551hour后后277240052.965Ua降低了降低了3.7調(diào)回勵磁調(diào)回勵磁電流電流300240054.637Ua降低了降低了0.66勵磁繞組溫升對輸出電壓影響顯著勵磁繞組溫升對輸出電壓影響顯著減小溫度對勵磁電流影響的辦法：減小溫度對勵磁電流影響的辦

24、法：a. 改進(jìn)電機(jī)的鐵心磁路改進(jìn)電機(jī)的鐵心磁路fNI0fF0fINIfIA0N0磁磁化化特特性性曲曲線線在設(shè)計(jì)電機(jī)時，磁路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)電機(jī)時，磁路設(shè)計(jì)足夠飽和足夠飽和，減小溫度變化，減小溫度變化所引起的磁通的變化。所引起的磁通的變化。b. 在勵磁回路串在勵磁回路串穩(wěn)流電阻穩(wěn)流電阻RRUIfffc. 在勵磁回路中在勵磁回路中串聯(lián)串聯(lián)負(fù)溫度系負(fù)溫度系數(shù)數(shù)的的熱敏電阻熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)圖圖 勵磁回路中的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)勵磁回路中的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 電樞磁場對氣隙磁場的影響電樞磁場對氣隙磁場的影響合成磁場發(fā)生了合成磁場發(fā)生了畸變畸變， 2. 電樞反應(yīng)使主磁場消弱，電樞反應(yīng)使主磁場消弱，去磁去磁。負(fù)

25、載電阻越小，轉(zhuǎn)速越高，電負(fù)載電阻越小，轉(zhuǎn)速越高，電樞電流越大，電樞反應(yīng)的去磁樞電流越大，電樞反應(yīng)的去磁作用越強(qiáng)。作用越強(qiáng)。2 ）電樞反應(yīng)影響）電樞反應(yīng)影響 及消除辦法及消除辦法消除電樞反應(yīng)在設(shè)計(jì)時，采用補(bǔ)償繞組；在設(shè)計(jì)時，采用補(bǔ)償繞組；結(jié)構(gòu)上結(jié)構(gòu)上,加大氣隙加大氣隙 2. 2. 規(guī)定規(guī)定和和。 3）電刷接觸壓降）電刷接觸壓降當(dāng)轉(zhuǎn)速低時：接觸電阻大，實(shí)際輸出電壓??；當(dāng)轉(zhuǎn)速低時：接觸電阻大，實(shí)際輸出電壓??；當(dāng)轉(zhuǎn)速高時：接觸電阻小，實(shí)際輸出電壓大；當(dāng)轉(zhuǎn)速高時：接觸電阻小，實(shí)際輸出電壓大；電壓方程式：電壓方程式： Ua=Ea-IaRa改寫為：改寫為： Ua=Ea-IaRw-Ub其中其中:Rw為扣除接觸

26、電阻之后的電樞繞組電阻；為扣除接觸電阻之后的電樞繞組電阻； Ub為電刷接觸壓降。為電刷接觸壓降。LaaRUI 用用ub表示的電壓平衡方程式表示的電壓平衡方程式LWbeaRRUnCU1Ua=Ea-IaRw-UbbwLaaaURRUEU用用Ua和和n之間不再是線性關(guān)系之間不再是線性關(guān)系考慮電刷接觸壓降后的輸出特性考慮電刷接觸壓降后的輸出特性 電刷和換向器的材料；電刷和換向器的材料； 電刷的電流密度；電刷的電流密度； 電流的方向；電流的方向； 電刷單位面積上的壓力；電刷單位面積上的壓力； 接觸表面的溫度；接觸表面的溫度； 換向器圓周線速度；換向器圓周線速度； 換向器表面的化學(xué)狀態(tài)和機(jī)械方面的因素等換

27、向器表面的化學(xué)狀態(tài)和機(jī)械方面的因素等電刷接觸壓降電刷接觸壓降Ub與下述因素有密切關(guān)系與下述因素有密切關(guān)系: 采用接觸壓降較小的銀采用接觸壓降較小的銀石墨電刷。石墨電刷。 采用銅電刷采用銅電刷,并在與換向器接觸的表面上鍍銀層。并在與換向器接觸的表面上鍍銀層。 在測速機(jī)的輸出端連接濾波電路。在測速機(jī)的輸出端連接濾波電路。減小電刷接觸壓降的影響，減小電刷接觸壓降的影響， 縮小不靈敏區(qū)的措施：縮小不靈敏區(qū)的措施：電刷和換向器的滑動接觸不穩(wěn)定，電刷和換向器的滑動接觸不穩(wěn)定，使輸出的電樞電流含有使輸出的電樞電流含有高頻脈沖高頻脈沖，對鄰近的設(shè)備和通信電纜造成干擾對鄰近的設(shè)備和通信電纜造成干擾5、 直流測速

28、發(fā)電機(jī)的應(yīng)用直流測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用 自動控制系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)：測量測量或或自動調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速；自動調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速； 隨動系統(tǒng)：產(chǎn)生電壓信號；隨動系統(tǒng)：產(chǎn)生電壓信號； 計(jì)算解答裝置：作為微分和積分元件。計(jì)算解答裝置：作為微分和積分元件。 可測量各種機(jī)械在有限范圍內(nèi)的擺動或非常緩可測量各種機(jī)械在有限范圍內(nèi)的擺動或非常緩慢的轉(zhuǎn)速；慢的轉(zhuǎn)速； 可代替測速計(jì)直接測量轉(zhuǎn)速?？纱鏈y速計(jì)直接測量轉(zhuǎn)速。 可靠性比較差，可靠性比較差， 精度比較差；精度比較差； 所以所以,在系統(tǒng)中使用不及交流異步測速機(jī)廣泛在系統(tǒng)中使用不及交流異步測速機(jī)廣泛； 輸出電壓斜率大；輸出電壓斜率大； 沒有剩余電壓沒有剩余電壓(即轉(zhuǎn)速為零

29、時沒有輸出電壓即轉(zhuǎn)速為零時沒有輸出電壓)； 沒有相位誤差沒有相位誤差(勵磁和輸出電壓之間沒有相位移勵磁和輸出電壓之間沒有相位移)； 溫度補(bǔ)償容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，溫度補(bǔ)償容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)， 所以所以,在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還是很廣泛的。在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還是很廣泛的。6、直流測速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)）、直流測速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)） 是一種是一種測量轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速或或傳感轉(zhuǎn)速信號傳感轉(zhuǎn)速信號的元件；的元件； 將將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)速信號變?yōu)樽優(yōu)殡妷盒盘栯妷盒盘?；U2=kn輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 理想的測速發(fā)電機(jī)理想的測速發(fā)電機(jī)的輸出特性：的輸出特性：二、交流測速發(fā)電機(jī)二、交流測速發(fā)電機(jī) 在

30、計(jì)算解答裝置中作為解算元件；在計(jì)算解答裝置中作為解算元件； 在伺服系統(tǒng)中作為阻尼元件。在伺服系統(tǒng)中作為阻尼元件。 交流測速發(fā)電機(jī)的主要用途：交流測速發(fā)電機(jī)的主要用途： 不需要電刷和換向器，不需要電刷和換向器， 構(gòu)造簡單，構(gòu)造簡單， 維護(hù)容易，維護(hù)容易， 運(yùn)行可靠；運(yùn)行可靠； 無滑動接觸，無滑動接觸， 輸出特性穩(wěn)定，輸出特性穩(wěn)定， 精度高；精度高； 摩擦力矩小，摩擦力矩小， 慣量小；慣量??； 不產(chǎn)生干擾無線電的火花；不產(chǎn)生干擾無線電的火花； 正、正、 反轉(zhuǎn)輸出電壓對稱。反轉(zhuǎn)輸出電壓對稱。 交流異步測速發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：交流異步測速發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是： 存在相位誤差和剩余電壓；存在相位誤差和剩余

31、電壓； 輸出斜率?。惠敵鲂甭市?； 輸出特性隨負(fù)載性質(zhì)輸出特性隨負(fù)載性質(zhì)(電阻、電阻、 電感、電感、 電容電容)而有所不同。而有所不同。 主要缺點(diǎn)是：主要缺點(diǎn)是： 在在選用選用時，時， 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的頻率頻率、電壓電壓、 工作轉(zhuǎn)速的范圍工作轉(zhuǎn)速的范圍和和具體用途具體用途來選擇。來選擇。 解算元件：解算元件： 精度要高，精度要高， 輸出電壓穩(wěn)定性要好；輸出電壓穩(wěn)定性要好； 轉(zhuǎn)速檢測或作阻尼元件：轉(zhuǎn)速檢測或作阻尼元件： 輸出斜率要大，輸出斜率要大， 對精度的要求不是很高。對精度的要求不是很高。1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：鼠籠轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)鼠籠轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)非磁杯形轉(zhuǎn)子異步測速

32、發(fā)電機(jī)非磁杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī) 定子：鐵心上有兩相對稱繞組定子：鐵心上有兩相對稱繞組交流異步測速發(fā)電機(jī)的示意圖交流異步測速發(fā)電機(jī)的示意圖 勵磁繞組勵磁繞組輸出繞組輸出繞組輸出電壓輸出電壓輸出斜率大，特性輸出斜率大，特性差，誤差大，轉(zhuǎn)子差，誤差大，轉(zhuǎn)子慣性大，適用于精慣性大，適用于精度要求不高的系統(tǒng)度要求不高的系統(tǒng)中中精度高，轉(zhuǎn)子精度高，轉(zhuǎn)子慣量較小，是慣量較小，是目前應(yīng)用最廣目前應(yīng)用最廣泛的一種交流泛的一種交流測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 薄壁薄壁非磁性非磁性杯，杯， 通常用高電阻率的通常用高電阻率的硅錳青銅硅錳青銅或或錫鋅青銅錫鋅青銅制成。制成。 定子定子 嵌有空間互差嵌有空間互差90電

33、角度的兩相繞組，電角度的兩相繞組， W1 ； W2 。 機(jī)座號較小的電機(jī)：機(jī)座號較小的電機(jī)： 兩相繞組都放在兩相繞組都放在上；上； 機(jī)座號較大的電機(jī)：機(jī)座號較大的電機(jī)： 勵磁繞組放在外定子上，勵磁繞組放在外定子上， 輸出繞組放在內(nèi)定子上。輸出繞組放在內(nèi)定子上。 杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) 更多的圖片更多的圖片 2. 工作原理工作原理 輸出繞組輸出繞組 勵磁繞組勵磁繞組 Uf Ifd 正弦交流正弦交流 uf if d d =dm sint(1) 轉(zhuǎn)子靜止時轉(zhuǎn)子靜止時勵磁繞組勵磁繞組一次繞組一次繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組二次繞

34、組二次繞組EdEfEd Id 9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) Ef IfIdFf Fdd IfIdFf Fdd Uf Ifd Ed忽略勵磁繞組的漏阻抗，則忽略勵磁繞組的漏阻抗，則 Uf =Ef = j 4.44 f kwf Nfdm 輸出繞組：輸出繞組： 與與d 無交鏈，不會產(chǎn)生無交鏈，不會產(chǎn)生 E0。 即：即：n = 0 時，時，U0 = 0 。 U0 Ed =j 4.44 f kwr Nrdm 9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) Ef Uf Ifd Ed(2) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時 d 交變感應(yīng)交變感應(yīng)旋轉(zhuǎn)切割旋轉(zhuǎn)切割 Ed Id Eq Iq Eq q q eq = C1d n = C1 n dm

35、 sintq = C2 eq = C1 C2 n dm sint = qm sintC1、C2 電機(jī)常數(shù)。電機(jī)常數(shù)。qm = C1 C2 n dm 9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) U0 Ef 輸出繞組：輸出繞組： U0 =E0 = j4.44 f kw0N0qm = j4.44 f kw0 N0 C1 C2 n dm = C1 C2 n Uf kw0 N0Kwf Nfq E0 U0 輸出空載電壓：輸出空載電壓： Uf Ifd U0 Eq q 結(jié)論：結(jié)論： U0 n 。 u0 與與 uf 同頻率、同相位。同頻率、同相位。 9.4 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) EdEf E0 Uf =Ef = j 4.44

36、 f kwf Nfdm 勵磁繞組的電阻、漏電抗；勵磁繞組的電阻、漏電抗； 輸出繞組的電阻、漏電抗輸出繞組的電阻、漏電抗 轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗；轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗； 磁路的非線性；磁路的非線性； 輸出繞組和勵磁繞組空間是否正好相差輸出繞組和勵磁繞組空間是否正好相差9090實(shí)際情況與理想情況有誤差存在：實(shí)際情況與理想情況有誤差存在： 線性誤差；線性誤差； 相位誤差；相位誤差； 剩余電壓。剩余電壓。 誤差：誤差：誤差產(chǎn)生的原因：誤差產(chǎn)生的原因：減小誤差：減小誤差： 負(fù)載阻抗電機(jī)的輸出負(fù)載阻抗電機(jī)的輸出阻抗，使其盡量工作在阻抗，使其盡量工作在空空載狀態(tài)載狀態(tài)，以減少誤差；，以減少誤差；9.5 自整角機(jī)自整角

37、機(jī) （BS） 功能功能 將將轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電壓信號電壓信號，或反之。通過，或反之。通過 兩個或兩個以上的組合，以實(shí)現(xiàn)兩個或兩個以上的組合，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角的傳輸、轉(zhuǎn)角的傳輸、 轉(zhuǎn)換和接收轉(zhuǎn)換和接收。 同步聯(lián)接系統(tǒng)同步聯(lián)接系統(tǒng) 無機(jī)械聯(lián)接的兩個系統(tǒng)同步轉(zhuǎn)動。無機(jī)械聯(lián)接的兩個系統(tǒng)同步轉(zhuǎn)動。 種類種類 按作用的不同：力矩式、控制式。按作用的不同：力矩式、控制式。 按相數(shù)的不同：單相、三相。按相數(shù)的不同：單相、三相。第第9 章章 控制電機(jī)控制電機(jī) 一一. 自整角機(jī)分類：自整角機(jī)分類：自整角機(jī)兩個自整角機(jī)兩個(或兩個以上或兩個以上)組合使用組合使用（1）按）按力矩式力矩式運(yùn)行時運(yùn)行時力矩式力矩式

38、發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)(ZLF， TX)力矩式力矩式接收機(jī)接收機(jī)(ZLJ， TR)（2）按）按控制式控制式運(yùn)行時運(yùn)行時控制式控制式發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)(ZKF， CX)控制式控制式變壓器變壓器(ZKB， CT) 差動式發(fā)送機(jī)：差動式發(fā)送機(jī)： 串接于串接于力矩式發(fā)送機(jī)和接收機(jī)力矩式發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間，之間， 將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)角及自身角及自身轉(zhuǎn)角的和轉(zhuǎn)角的和(或差或差)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?輸至接收輸至接收機(jī)；機(jī)； 差動式接收機(jī)：差動式接收機(jī)： 串接于串接于兩個力矩式發(fā)送機(jī)兩個力矩式發(fā)送機(jī)之間，之間， 接收其電信號，接收其電信號， 并使自身轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角等于兩發(fā)送機(jī)并使自身轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角等于兩發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)角的和轉(zhuǎn)角的和

39、(或差或差)。差動式差動式發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)(ZCF、 TDX)差動式差動式接收機(jī)接收機(jī)(ZCJ、 TDR)力矩式自整角機(jī)用到力矩式自整角機(jī)用到 控制式差動發(fā)送機(jī)：控制式差動發(fā)送機(jī)： 串接于串接于控制式發(fā)送機(jī)控制式發(fā)送機(jī)和和控制式變壓器控制式變壓器之之間，間， 將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)角及其自身轉(zhuǎn)角的和將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)角及其自身轉(zhuǎn)角的和(或差或差)轉(zhuǎn)變成電信號，轉(zhuǎn)變成電信號， 輸至自整角機(jī)變壓器。輸至自整角機(jī)變壓器。 控制式自整角機(jī)還用到：控制式自整角機(jī)還用到：控制式差動發(fā)送機(jī)控制式差動發(fā)送機(jī)(ZKC、 CDX)二二. 自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似：定子、轉(zhuǎn)子、氣隙。與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似：定子

40、、轉(zhuǎn)子、氣隙。圖圖 自整角機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖自整角機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 定子鐵心沖片定子鐵心沖片 三相對稱繞組示意圖三相對稱繞組示意圖 整步繞組整步繞組自整角機(jī)轉(zhuǎn)子自整角機(jī)轉(zhuǎn)子a隱極轉(zhuǎn)子隱極轉(zhuǎn)子 b凸極轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)子ZKB,ZKCZLF,ZLJ,ZKF圖圖 自整角機(jī)電路圖自整角機(jī)電路圖 但是，但是， 無論是整體式或是分裝式，無論是整體式或是分裝式， 無論是隱極轉(zhuǎn)子無論是隱極轉(zhuǎn)子或是凸極轉(zhuǎn)子，或是凸極轉(zhuǎn)子， 它們的工作原理都是一致的。它們的工作原理都是一致的。整體式結(jié)構(gòu)：整體式結(jié)構(gòu)：自整角機(jī)的定、自整角機(jī)的定、 轉(zhuǎn)子都裝在一個機(jī)殼里。轉(zhuǎn)子都裝在一個機(jī)殼里。分裝式結(jié)構(gòu)：分裝式結(jié)構(gòu)：定、定、 轉(zhuǎn)子是分開，轉(zhuǎn)子是分開，

41、分別是在現(xiàn)場安裝固定。分別是在現(xiàn)場安裝固定。特點(diǎn)：電機(jī)外徑較大；特點(diǎn)：電機(jī)外徑較大； 軸向長度較短；軸向長度較短； 圖圖 5 - 10 整體式整體式自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(此圖轉(zhuǎn)子為凸極式此圖轉(zhuǎn)子為凸極式) 檔圈檔圈軸承軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子集電環(huán)集電環(huán)定子定子端蓋端蓋軸承軸承檔圈檔圈接線板接線板自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 單相繞組單相繞組 定子鐵心定子鐵心 三相繞組三相繞組 電刷電刷 9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) 單相：單相：定子為三相繞組、轉(zhuǎn)子為單相繞組。定子為三相繞組、轉(zhuǎn)子為單相繞組。 三相：三相：定子、轉(zhuǎn)子均為三相繞組。定子、轉(zhuǎn)子均為三相繞組。自整角機(jī)的結(jié)

42、構(gòu)圖自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)圖9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) 后端蓋后端蓋 前球軸承前球軸承 集電環(huán)集電環(huán)端部端部 電刷電刷 集流環(huán)集流環(huán)端部觸點(diǎn)端部觸點(diǎn) 電刷電刷 定子外殼定子外殼 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 前端蓋前端蓋 定子繞組定子繞組 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 繞組繞組 減震器輪減震器輪 罩罩 殼殼 自整角機(jī)自整角機(jī)9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) 更多的圖片更多的圖片 A 型發(fā)送器型發(fā)送器 M 型指示器型指示器 115 V，60 Hz 單相交流輸入單相交流輸入 直接帶負(fù)載運(yùn)行，無需其他輔助元件直接帶負(fù)載運(yùn)行，無需其他輔助元件 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉 接收誤差稍大，接收誤差稍大， 負(fù)載能力較差，負(fù)載能力較差， 只適用于只

43、適用于輕負(fù)載轉(zhuǎn)矩輕負(fù)載轉(zhuǎn)矩及及精度要求不太高的開環(huán)精度要求不太高的開環(huán)控控制的伺服系統(tǒng)里。制的伺服系統(tǒng)里。直接達(dá)到直接達(dá)到轉(zhuǎn)角隨動轉(zhuǎn)角隨動的目的的目的 遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)角指示遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)角指示機(jī)械角度機(jī)械角度力矩輸出力矩輸出轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換1、力矩式自整角機(jī)、力矩式自整角機(jī)三三. . 自整角機(jī)的工作原理自整角機(jī)的工作原理 力矩式自整角機(jī)工作原理力矩式自整角機(jī)工作原理UVWUVWa 發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī) b 接收機(jī)接收機(jī) 1. 轉(zhuǎn)子處在協(xié)調(diào)位置時轉(zhuǎn)子處在協(xié)調(diào)位置時 縱向脈振縱向脈振 EUa = EUb ，EVa = EVb ， EWa = EWb ;IUIVIWIU = IV = IW = 0 T = 0，轉(zhuǎn)子靜止。，轉(zhuǎn)子

44、靜止。 定定 同同子子 步步繞繞組組9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) EUbEVbEWbEUaEVaEWa2. 轉(zhuǎn)子處在非協(xié)調(diào)位置時轉(zhuǎn)子處在非協(xié)調(diào)位置時 EUaEUb ，EVaEVb ，EWaEWb ; IU、IV、IW 0 T 0， 9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) UVWUVWa 發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī) b 接收機(jī)接收機(jī) IUIVIWEUaEVaEWaEUbEVbEWb2. 轉(zhuǎn)子處在非協(xié)調(diào)位置時轉(zhuǎn)子處在非協(xié)調(diào)位置時 EUaEUb ，EVaEVb ，EWaEWb ;IU、IV、IW 0 T 0， 接收機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)接收機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 角。角。 重新達(dá)到協(xié)調(diào)位置，使重新達(dá)到協(xié)調(diào)位置，使 IU = IV = IW = 0， T

45、= 0。 9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) UVWUVWa 發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī) b 接收機(jī)接收機(jī) IUIVIW EUaEVaEWaEUbEVbEWb詳細(xì)分析：詳細(xì)分析： 力矩式自整角機(jī)的運(yùn)行力矩式自整角機(jī)的運(yùn)行 1） 力矩式自整角機(jī)的工作原理力矩式自整角機(jī)的工作原理圖圖 力矩式自整角機(jī)的工作原理圖力矩式自整角機(jī)的工作原理圖 勵磁繞組勵磁繞組整步繞組整步繞組fU(1) 只有只有ZLF勵磁繞組接通電源勵磁繞組接通電源fB發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁磁通發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁磁通在發(fā)送機(jī)定子繞組中感應(yīng)電勢在發(fā)送機(jī)定子繞組中感應(yīng)電勢兩機(jī)定子繞組回路中引起電流兩機(jī)定子繞組回路中引起電流B在在發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)的氣隙中產(chǎn)生合成磁密的氣隙中產(chǎn)生合成

46、磁密B在在接收機(jī)接收機(jī)氣隙中形成合成磁密氣隙中形成合成磁密fB與與 反向反向與與發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)的磁場反向的磁場反向BB(2) (2) 只將只將ZLJ單獨(dú)加勵磁單獨(dú)加勵磁fB接收機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁磁通接收機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁磁通在接收機(jī)定子繞組中感應(yīng)電勢在接收機(jī)定子繞組中感應(yīng)電勢兩機(jī)定子繞組回路中引起電流兩機(jī)定子繞組回路中引起電流B在在接收機(jī)接收機(jī)的氣隙中產(chǎn)生合成磁密的氣隙中產(chǎn)生合成磁密B在在發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)氣隙中形成合成磁密氣隙中形成合成磁密fB與與 反向反向與與接收機(jī)接收機(jī)的磁場反向的磁場反向BB把把接收機(jī)接收機(jī)中由中由ZLF勵磁產(chǎn)生的磁密勵磁產(chǎn)生的磁密 沿沿 向分解成兩個分量：向分解成兩個分量：(3) 發(fā)送機(jī)和接

47、收機(jī)應(yīng)同時勵磁發(fā)送機(jī)和接收機(jī)應(yīng)同時勵磁BBcosBBdsinBBq 和轉(zhuǎn)子繞組軸線垂直，與勵磁電流和轉(zhuǎn)子繞組軸線垂直，與勵磁電流相互作用，相互作用，產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生電磁力，使勵磁繞，使勵磁繞組轉(zhuǎn)動（逆時針方向）。組轉(zhuǎn)動（逆時針方向）。 一個分量一個分量cosBBd轉(zhuǎn)子繞組軸線方向上轉(zhuǎn)子繞組軸線方向上, 定子合成磁密矢量為：定子合成磁密矢量為：cosBBBd實(shí)際方向與接收機(jī)實(shí)際方向與接收機(jī)勵磁磁密勵磁磁密相反，起相反，起去磁作用去磁作用，不會使，不會使ZLJ的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 另一個分量另一個分量sinBBqdBsinBBqffffb. 轉(zhuǎn)角隨動轉(zhuǎn)角隨動的目的（的目的（自動協(xié)調(diào)，自自動協(xié)調(diào)，

48、自整角隨動整角隨動）a. 協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)或或同步同步的目的的目的l發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子一旦轉(zhuǎn)過一個角度一旦轉(zhuǎn)過一個角度，l接收機(jī)轉(zhuǎn)子就會朝著使角度接收機(jī)轉(zhuǎn)子就會朝著使角度減小減小的方向轉(zhuǎn)動，的方向轉(zhuǎn)動，l當(dāng)當(dāng)0時，力矩時，力矩0，停止轉(zhuǎn)動。，停止轉(zhuǎn)動。l發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動，則接收機(jī)轉(zhuǎn)，則接收機(jī)轉(zhuǎn)子便跟著轉(zhuǎn)動。子便跟著轉(zhuǎn)動。1）控制式自整角機(jī)的功用）控制式自整角機(jī)的功用角度角度和和位置位置的檢測元件的檢測元件機(jī)械角度機(jī)械角度電信號電信號角度的數(shù)字量角度的數(shù)字量電壓模擬量電壓模擬量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換精度高，適用于精度高，適用于精密精密的的閉環(huán)控制閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。的伺服系統(tǒng)。2、控制式

49、自整角機(jī)、控制式自整角機(jī)UVWa 控制式發(fā)送機(jī)控制式發(fā)送機(jī) UVWb 自整角變壓器自整角變壓器 IUIVIWUfU01 轉(zhuǎn)子處在協(xié)調(diào)位置時轉(zhuǎn)子處在協(xié)調(diào)位置時 EU、EV、EW 不同大小同相位，不同大小同相位， 則則 IU、IV、IW 不同大小同相位不同大小同相位 產(chǎn)生縱向脈振磁產(chǎn)生縱向脈振磁 場場 與輸出繞組不交鏈與輸出繞組不交鏈 U0 = 0。 9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) EUaEVaEWa勵磁繞組勵磁繞組輸出繞組輸出繞組Uf2. 轉(zhuǎn)子處在非協(xié)調(diào)位置時轉(zhuǎn)子處在非協(xié)調(diào)位置時9.5 自整角機(jī)自整角機(jī) Uf EU、EV、EW IU、IV、IW 與輸出繞組交鏈與輸出繞組交鏈 產(chǎn)生產(chǎn)生 E0sin 。

50、即即 U0sin 。 與輸出繞組交與輸出繞組交鏈的分量鏈的分量EUaEVaEWaUVWa 控制式發(fā)送機(jī)控制式發(fā)送機(jī)UVWb 自整角變壓器自整角變壓器U0IUIVIWE0 9.6 旋轉(zhuǎn)變壓器（旋轉(zhuǎn)變壓器（BR）1. 1. 功能功能 將將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變換成與之有函數(shù)關(guān)系的變換成與之有函數(shù)關(guān)系的電壓信號電壓信號。 應(yīng)用在應(yīng)用在伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和和隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)中；中； 在在控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)中，可作為中，可作為解算元件解算元件，主要用于，主要用于坐標(biāo)變換，坐標(biāo)變換，三角函數(shù)變換三角函數(shù)變換等；等； 在在隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)中，可用于中，可用于傳輸與轉(zhuǎn)角相應(yīng)的電信號傳輸與轉(zhuǎn)

51、角相應(yīng)的電信號； 還可用作還可用作移相器移相器和和角度數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置角度數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置第第9 章章 控制電機(jī)控制電機(jī) 一種精密一種精密測位用測位用的機(jī)電元件的機(jī)電元件 原理原理 是一種能旋轉(zhuǎn)的變壓器，其一、二次繞組分布是一種能旋轉(zhuǎn)的變壓器，其一、二次繞組分布裝在定、轉(zhuǎn)子上。裝在定、轉(zhuǎn)子上。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 相當(dāng)于一臺兩相繞線型異步電動機(jī)。定、轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一臺兩相繞線型異步電動機(jī)。定、轉(zhuǎn)子 鐵心上都有兩個結(jié)構(gòu)相同而互相垂直的繞組。鐵心上都有兩個結(jié)構(gòu)相同而互相垂直的繞組。 按按用途用途分分 計(jì)算用和數(shù)據(jù)傳輸用旋轉(zhuǎn)變壓器。計(jì)算用和數(shù)據(jù)傳輸用旋轉(zhuǎn)變壓器。1. 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2. 線性旋轉(zhuǎn)變壓器線

52、性旋轉(zhuǎn)變壓器*3. 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器比例式旋轉(zhuǎn)變壓器第第9 章章 控制電機(jī)控制電機(jī) 2.分類：分類： 按按輸出電壓輸出電壓和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的關(guān)系分間的關(guān)系分4.特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器 按按電機(jī)極對數(shù)的多少電機(jī)極對數(shù)的多少來分：來分：單極對單極對多極對：可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性多極對：可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 根據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸在系統(tǒng)中的具體用途數(shù)據(jù)傳輸在系統(tǒng)中的具體用途, , 可分為：可分為： 旋變發(fā)送機(jī)旋變發(fā)送機(jī) 旋變差動發(fā)送機(jī)旋變差動發(fā)送機(jī) 旋變變壓器旋變變壓器 按有按有無電刷和滑環(huán)之間的滑動無電刷和滑環(huán)之間的滑動，分為：，分為：接觸式接觸式無接觸式無接觸式一、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器一、正

53、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 將將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變換成與之成正變換成與之成正 余弦函數(shù)關(guān)系的余弦函數(shù)關(guān)系的電壓信號電壓信號。 定子定子 D1D2 ：勵磁繞組：勵磁繞組。 D3D4 ：補(bǔ)償繞組：補(bǔ)償繞組。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 Z1Z2 ：余弦輸出繞組。：余弦輸出繞組。 Z3Z4 ：正弦輸出繞組。：正弦輸出繞組。D1D2D3D4Z1Z2Z3Z4基準(zhǔn)位置基準(zhǔn)位置（初始位置）（初始位置）9.6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 1. 空載運(yùn)行空載運(yùn)行 D1D2D3D4Z1Z2Z3Z4UfUcos Usin 轉(zhuǎn)子處在基準(zhǔn)位置時轉(zhuǎn)子處在基準(zhǔn)位置時ID12 Uf ID12 FDd d 轉(zhuǎn)子處在基準(zhǔn)位置時轉(zhuǎn)子處在基準(zhǔn)位置時 在在 D1D2 中

54、：中：d ED 在在 Z1Z2 中：中：d EZ ED = 4.44 f kw1 N1dm EZ = 4.44 f kw2 N2dm Uf = ED（忽略漏阻抗）（忽略漏阻抗） Ucos = EZ = kED = kUf Usin = 0k = =EZEDkw2 N2kw1 N19.6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 轉(zhuǎn)子偏離基準(zhǔn)位置轉(zhuǎn)子偏離基準(zhǔn)位置 角時角時 轉(zhuǎn)子偏離基準(zhǔn)位置轉(zhuǎn)子偏離基準(zhǔn)位置 角角Z1Z2Z3Z4Ucos Usin D1D2D3D4UfID12 Z12 =d cos Z34 =d sin EZ12 = EZ cos = kED cos = kUf cos EZ34 = EZ sin =

55、 kED sin = kUf sin 空載輸出電壓：空載輸出電壓： Ucos = kUf cos Usin = kUf sin 9.6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 Z1Z3Z4Z2Ucos Usin d Z34 Z12 設(shè)設(shè) Z1Z2 接負(fù)載接負(fù)載 2. 負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行 D1D2D3D4UfID12Z1Z3Z4Z2Ucos Usin ZL EZ12IZ12FZ12 FZd (縱向縱向)FZq (橫向橫向) FZqFZdFZ12FZd = FZ12 cos FZq = FZ12 sin FDd (定子定子)FZd (轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子)d FZqZqEZ12、EZ34 EZ12 = kUf cos EZ12

56、EZ34 = kUf sin EZ34 IZ12cos sin 9.6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 負(fù)載后輸出特性的畸變負(fù)載后輸出特性的畸變圖圖 輸出特性的畸變輸出特性的畸變 輸出特性畸變的原因輸出特性畸變的原因 交軸分量磁通密度交軸分量磁通密度BZq的作用的作用 在一定轉(zhuǎn)角下在一定轉(zhuǎn)角下, 負(fù)載電流負(fù)載電流愈愈大大, 它所產(chǎn)生的電動勢它所產(chǎn)生的電動勢也愈也愈大大, 輸出特性曲線畸變也愈輸出特性曲線畸變也愈嚴(yán)重。嚴(yán)重。 設(shè)法消除設(shè)法消除交軸磁通交軸磁通的影響的影響補(bǔ)償補(bǔ)償定子補(bǔ)償定子補(bǔ)償轉(zhuǎn)子補(bǔ)償轉(zhuǎn)子補(bǔ)償雙邊補(bǔ)償雙邊補(bǔ)償 定子定子D1D2勵磁繞組接交流電壓勵磁繞組接交流電壓 ； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子Z1Z2正弦繞

57、組接負(fù)載正弦繞組接負(fù)載ZL； Z3Z4繞組開路。繞組開路。 定子交軸繞組定子交軸繞組D3D4短接阻抗短接阻抗Z;（1） 定子補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器定子補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器定子交軸繞組對交軸磁通定子交軸繞組對交軸磁通q來說是具來說是具有有阻尼作用阻尼作用。 由由楞次定律楞次定律, 交軸磁通交軸磁通q在繞組在繞組D3D4中中要要感生電流感生電流, 該電流所產(chǎn)生的磁通對交軸磁通該電流所產(chǎn)生的磁通對交軸磁通q有有著強(qiáng)烈的著強(qiáng)烈的去磁作用去磁作用。D1D2D3D4UfID12Z1Z3Z4Z2Ucos Usin FZqFZdFZ12ZLIZ12（2） 轉(zhuǎn)子補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器實(shí)質(zhì)上就是實(shí)質(zhì)上就是副邊對稱副邊對稱的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器D1D2D3D4UfID12Z1Z3Z4Z2Ucos Usin ZC FZqFZdFZ12ZLIZ12IZ34 FZqFZdFZ34若若 ZC = ZL，Zq = 0。 四個繞組全部用上四個繞組全部用上, 轉(zhuǎn)子兩轉(zhuǎn)子兩個繞組接有外接阻抗個繞組接有外接阻抗ZL和和Z, 允許允許ZL有所改變。有所改變。 （3） 雙邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器雙邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器D1D2D3D4UfID12Z1Z3Z4Z2Ucos Usin