電機(jī)拖動(dòng)第12章 驅(qū)動(dòng)與控制用微特電機(jī)

1、第12章 驅(qū)動(dòng)與控制用微特電機(jī) 各類(lèi)微型驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制電機(jī)（單相異步電動(dòng)各類(lèi)微型驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制電機(jī)（單相異步電動(dòng)機(jī)、交、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、機(jī)、交、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)以及超聲波旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)以及超聲波電動(dòng)機(jī)）的結(jié)構(gòu)、工作原理與運(yùn)行特性。電動(dòng)機(jī)）的結(jié)構(gòu)、工作原理與運(yùn)行特性。 微特電機(jī)的分類(lèi)：微特電機(jī)的分類(lèi)： 驅(qū)動(dòng)微電機(jī)驅(qū)動(dòng)微電機(jī): : 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用, ,如單相異如單相異 步電機(jī)、伺服電機(jī)、力矩電機(jī)、直線(xiàn)電機(jī)以及超聲波電機(jī)等；步電機(jī)、伺服電機(jī)、力矩電機(jī)、直線(xiàn)電機(jī)以

2、及超聲波電機(jī)等； 控制電機(jī)：控制電機(jī)：在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中以完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳遞為目在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中以完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳遞為目 的，如測(cè)速發(fā)電機(jī)、自整角機(jī)以及旋轉(zhuǎn)變壓器等的，如測(cè)速發(fā)電機(jī)、自整角機(jī)以及旋轉(zhuǎn)變壓器等。12.1 12.1 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)： 單相異步電動(dòng)機(jī)是單相電源供電異步電動(dòng)機(jī)的總稱(chēng)。它一般是由單相異步電動(dòng)機(jī)是單相電源供電異步電動(dòng)機(jī)的總稱(chēng)。它一般是由定子兩相繞組和轉(zhuǎn)子鼠籠繞組組成。定子兩相繞組和轉(zhuǎn)子鼠籠繞組組成。A、單相繞組通電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)與機(jī)械特性單相繞組通電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)與機(jī)械特性單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖12.1a所示。 圖12.

3、1 單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖與磁場(chǎng)情況 圖12.1中，定子包括兩相繞組：一相為主繞組主繞組（又稱(chēng)為工作繞組工作繞組）；另一相為起動(dòng)繞組起動(dòng)繞組（又稱(chēng)為輔繞組輔繞組），兩相定子繞組空間互差 ，轉(zhuǎn)子為鼠籠式結(jié)構(gòu)。90主繞組單獨(dú)通電、起動(dòng)繞組開(kāi)路時(shí)異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的分析： 利用6.5節(jié)的結(jié)論：?jiǎn)蜗嗬@組通以單相正弦交流電流將產(chǎn)生脈振磁勢(shì)。該脈振磁單相繞組通以單相正弦交流電流將產(chǎn)生脈振磁勢(shì)。該脈振磁勢(shì)可分解為兩個(gè)幅值相等（大小為脈振磁勢(shì)幅值的一半）、轉(zhuǎn)速相同（均為同步勢(shì)可分解為兩個(gè)幅值相等（大小為脈振磁勢(shì)幅值的一半）、轉(zhuǎn)速相同（均為同步速）且轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)速）且轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)（見(jiàn)圖12.1

4、b），其解析表達(dá)式可由下式給出：),(),()cos(21)cos(21coscos),(1111tftftFtFtFtf（6-56）式中，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) 、 將分別產(chǎn)生兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)和電流。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用分別在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生正、反轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩 和 。其中，對(duì)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率為：),(tf),(tfemTemTsnnns11（12-1）對(duì)于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率為：snnnnnnns2)(2)(11111（12-2） 考慮到正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值相等、且其幅值均為脈振磁勢(shì)幅值的一半，因此相應(yīng)的激磁電抗、

5、漏電抗以及轉(zhuǎn)子繞組電阻均可平均分配。這樣，借助于三相異步電機(jī)的等效電路便可得到單相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路，如圖12.2所示。圖12.2 單相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路 根據(jù)圖12.2所示的等效電路，同時(shí)忽略激磁電流，則單相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可通過(guò)下式求得：srIfpsrIfpPPTTTememememem2222221222111（12-3）其中，轉(zhuǎn)子電流為：22122211222)2(22xxsrsrrUIII（12-4） 圖12.3分別給出了正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)差率 之間的關(guān)系 和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)差率 之間的關(guān)系 ，以及上述兩條曲線(xiàn)的合成結(jié)果即單相異步電動(dòng)機(jī)總的電

6、磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)差率 之間的關(guān)系。縱、橫坐標(biāo)顛倒即得到單相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ,如圖12.3b所示。emTsemTs)(sfTem)(sfTememTs()emnf T圖12.3 單相異步電動(dòng)機(jī)的曲線(xiàn) 與機(jī)械特性 sTem()emnf T結(jié)論：結(jié)論： 對(duì)于單相繞組，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，合成電磁轉(zhuǎn)矩為零。亦即單相繞對(duì)于單相繞組，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，合成電磁轉(zhuǎn)矩為零。亦即單相繞組通電不會(huì)產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；組通電不會(huì)產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩； 一旦在外力作用下轉(zhuǎn)子沿某一方向開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，則合成電磁轉(zhuǎn)矩將一旦在外力作用下轉(zhuǎn)子沿某一方向開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，則合成電磁轉(zhuǎn)矩將不再為零。即使外力去掉，轉(zhuǎn)子仍將沿該方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)不再為零。即使外力

7、去掉，轉(zhuǎn)子仍將沿該方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向取決于剛開(kāi)始施加外力的方向；子的轉(zhuǎn)向取決于剛開(kāi)始施加外力的方向； 理想空載轉(zhuǎn)速低于同步速，即理想空載轉(zhuǎn)速低于同步速，即 ，表明單相異步電動(dòng)機(jī)的額，表明單相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率高于普通三相異步電動(dòng)機(jī)。定轉(zhuǎn)差率高于普通三相異步電動(dòng)機(jī)。10nn B、兩相繞組通電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)與機(jī)械特性?xún)上嗬@組通電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)與機(jī)械特性a a、兩相繞組通電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、兩相繞組通電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 設(shè)單相異步電動(dòng)機(jī)主、輔繞組（見(jiàn)圖12.1a）空間互成 ，其有效匝數(shù)分別為 、 ，主、輔繞組分別通入如下電流：90)(1 mwMkN)(1 AwAk

8、N)90cos(2cos2tIitIiAAMM(12-5)根據(jù)6.5節(jié)，主、副繞組所產(chǎn)生的定子基波磁勢(shì)可分別表示為：)cos(2)cos(2coscos),(tFtFtFtfMMMM)cos(2)cos(2)90cos()90cos(),(tFtFtFtfAAAA(12-6)(12-7)式中，主、輔繞組脈振磁勢(shì)的基波幅值分別為：MMwMMIpkNF)(19 . 0AAwAAIpkNF)(19 . 0，式中，正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值為 ；反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值為。由于兩種旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值不相等，且轉(zhuǎn)向相反，其合成磁勢(shì)為一幅值變化的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，如圖12.5所示。)(21AMFFF)(21AMFFF圖12.

9、5 定子電流產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)則定子基波合成磁勢(shì)為：)cos()cos(),(),(),(1tFtFtftftfAM(12-8)圖12.5中，定子合成磁勢(shì)沿x軸、y軸的分量分別為：tFFtFtFytFFtFtFxsin)(sinsincos)(coscos（12-9）則定子基波合成磁勢(shì)的軌跡為：1)()(2222FFyFFx（12-10）結(jié)論：結(jié)論： 兩相定子繞組通以?xún)上鄬?duì)稱(chēng)電流所產(chǎn)生的定子基波合成兩相定子繞組通以?xún)上鄬?duì)稱(chēng)電流所產(chǎn)生的定子基波合成磁勢(shì)為磁勢(shì)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。b b、兩相繞組異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、兩相繞組異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 根據(jù)上述橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的結(jié)論并采用類(lèi)似

10、于12.1.1節(jié)的方法便可以獲得兩相繞組異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 圖12.6給出了兩相繞組異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)主、副繞組分別通以幅值不同（或相位不同）的電流，且 時(shí)的機(jī)械特性。 FF圖12.6 兩相繞組異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性結(jié)論：結(jié)論： 當(dāng)主、副繞組分別通以幅值不同（或相位不同）的電流當(dāng)主、副繞組分別通以幅值不同（或相位不同）的電流時(shí)，兩相繞組異步電動(dòng)機(jī)則產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，兩相繞組異步電動(dòng)機(jī)則產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。C、單相異步電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型單相異步電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型a a、電阻分相式單相電動(dòng)機(jī)、電阻分相式單相電動(dòng)機(jī)圖12.7 電阻分相式單相異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)：u主、輔繞組（或起動(dòng)繞組）空間互差主、輔繞組（或起動(dòng)繞組）空間

11、互差 ；u輔繞組的電阻與電抗的比值比主繞組高，以確保同一電壓作用輔繞組的電阻與電抗的比值比主繞組高，以確保同一電壓作用 下兩繞組所流過(guò)的電流相位不同；下兩繞組所流過(guò)的電流相位不同； 90 圖12.7中的離心開(kāi)關(guān)K 為常閉觸點(diǎn)，當(dāng)接至單相交流電源時(shí)，由于兩相繞組分別通以?xún)上嗖粚?duì)稱(chēng)電流，電動(dòng)機(jī)會(huì)因橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。一旦轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)7580%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，離心開(kāi)關(guān)K 斷開(kāi)，輔繞組脫離電源，僅主繞組工作。圖12.8給出了電阻分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的典型機(jī)械特性曲線(xiàn)。 圖12.8 電阻分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的典型機(jī)械特性曲線(xiàn)b b、電容起動(dòng)式單相電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)式單相電動(dòng)機(jī)圖12.9 電容單相起動(dòng)式

12、異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)：u 主、輔繞組的匝數(shù)一般相等（也可以不同）；主、輔繞組的匝數(shù)一般相等（也可以不同）；u 副繞組是通過(guò)與電容副繞組是通過(guò)與電容C以及離心開(kāi)關(guān)以及離心開(kāi)關(guān)K串聯(lián)后與電源并聯(lián)。串聯(lián)后與電源并聯(lián)。 由于電容的作用，副繞組中的電流 超前主繞組中的電流 接近 ，從而使得定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)接近圓形，可以獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且起動(dòng)電流較小。 aImI90 圖12.10給出了單相電容起動(dòng)式異步電動(dòng)機(jī)的典型機(jī)械特性曲線(xiàn)。圖12.10 電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)的典型機(jī)械特性曲線(xiàn)c c、電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式單相電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式單相電動(dòng)機(jī)圖12.11 電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)的接線(xiàn)圖特點(diǎn)：特點(diǎn)：u

13、輔繞組中采用了兩個(gè)電容器，一個(gè)是運(yùn)行電容；一個(gè)為起動(dòng)電輔繞組中采用了兩個(gè)電容器，一個(gè)是運(yùn)行電容；一個(gè)為起動(dòng)電 容容 ，且僅起動(dòng)電容與離心開(kāi)關(guān)串聯(lián)；，且僅起動(dòng)電容與離心開(kāi)關(guān)串聯(lián)； 上述方案可確保起動(dòng)與運(yùn)行時(shí)均獲得接近圓形的氣隙合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，從而既可以獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩又可以提高運(yùn)行時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩。 圖12.12給出了電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)的典型機(jī)械特性曲線(xiàn)。圖12.12 電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)的典型機(jī)械特性曲線(xiàn)d d、罩極式單相電動(dòng)機(jī)、罩極式單相電動(dòng)機(jī)圖12.13 單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：特點(diǎn)：u定子采用凸極式結(jié)構(gòu)，主磁極上裝有工作繞組定子采用凸極式結(jié)構(gòu)，主磁極上裝有

14、工作繞組 ；u在每個(gè)磁極的約在每個(gè)磁極的約1/31/3處開(kāi)有小槽，其上套有銅短路環(huán)（相當(dāng)于起處開(kāi)有小槽，其上套有銅短路環(huán)（相當(dāng)于起動(dòng)繞組）。動(dòng)繞組）。 當(dāng)主極繞組通電后，流過(guò)主極但不流過(guò)短路環(huán)的磁通為 ；流過(guò)短路環(huán)的磁通由兩部分組成： ，其中， 是由主極繞組電流 所產(chǎn)生的 ， 是由 在短路環(huán)中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的；由圖12.13b可見(jiàn)，磁通 與 在時(shí)間上存在相位差。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子由未罩部分向被罩部分方向旋轉(zhuǎn)。 k2321kkI13結(jié)論：結(jié)論： 罩極式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向是固定不變的。罩極式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向是固定不變的。 單相罩極式電動(dòng)機(jī)典型的機(jī)械特性曲線(xiàn)如圖12.12c所示。12.2 12.2 伺服電動(dòng)機(jī)

15、伺服電動(dòng)機(jī)定義：定義： 伺服電動(dòng)機(jī)是一種把輸入控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚪撬俣容敵龅乃欧妱?dòng)機(jī)是一種把輸入控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚪撬俣容敵龅碾妱?dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)。 分類(lèi)：分類(lèi)：A、直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)主要采用兩種控制方式：直流伺服電動(dòng)機(jī)主要采用兩種控制方式：（1 1）電樞控制方式電樞控制方式；（2 2）磁場(chǎng)控制。）磁場(chǎng)控制。 電樞控制是將定子繞組作為激磁繞組、電樞繞組作為控制繞組的一種控制方式。 設(shè)控制電壓為 ，主磁通 保持不變，忽略電樞反應(yīng)，則直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為：aUememTeaeaTnTCCRCUn02（12-11） 根據(jù)上式，便可以分別獲得直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和

16、調(diào)節(jié)特性。a a、機(jī)械特性、機(jī)械特性定義：定義： 在控制電壓一定的條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線(xiàn)在控制電壓一定的條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線(xiàn) 定義為機(jī)械特性。定義為機(jī)械特性。)(emTfn 根據(jù)式（12-11），繪出不同控制電壓 下的機(jī)械特性如圖12.14所示。aU圖12.14 直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性b b、調(diào)節(jié)特性、調(diào)節(jié)特性定義：定義： 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變的條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與控制電壓之間的關(guān)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變的條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與控制電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)系曲線(xiàn) 定義為調(diào)節(jié)特性。定義為調(diào)節(jié)特性。)(aUfn 根據(jù)式（12-11）便可繪出不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的調(diào)節(jié)特性如圖12.15

17、所示。圖12.15 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性 始動(dòng)電壓的概念：始動(dòng)電壓的概念： 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)稱(chēng)為一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)稱(chēng)為一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下電動(dòng)機(jī)的下電動(dòng)機(jī)的始動(dòng)電壓始動(dòng)電壓 。 0aU 顯然，對(duì)于一定大小的負(fù)載，直流伺服電動(dòng)機(jī)存在著死區(qū)（或失靈區(qū)），死區(qū)的大小與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比。B、交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 定子兩相繞組空間互成定子兩相繞組空間互成 。一相繞組作為激磁繞組，直接接。一相繞組作為激磁繞組，直接接至單相交流電源上；另一相作為控制繞組，其輸入為控制電壓。至單相交流電源上；另一相作為控制繞組，其輸入為控制電壓。

18、90a a、對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)的特殊要求、對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)的特殊要求與普通異步電動(dòng)機(jī)不同與普通異步電動(dòng)機(jī)不同, ,交流伺服電動(dòng)機(jī)需滿(mǎn)足交流伺服電動(dòng)機(jī)需滿(mǎn)足: :（1 1）機(jī)械特性為線(xiàn)性；）機(jī)械特性為線(xiàn)性； （2 2）控制信號(hào)消失后轉(zhuǎn)子無(wú)）控制信號(hào)消失后轉(zhuǎn)子無(wú)“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 （1） 對(duì)于普通異步電動(dòng)機(jī)，其機(jī)械特性如圖12.16中的曲線(xiàn)1所示。顯然，在整個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)，其機(jī)械特性不是轉(zhuǎn)矩的單值函數(shù)。 圖12.16 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性說(shuō)明如下：說(shuō)明如下：轉(zhuǎn)子電阻較大，轉(zhuǎn)子電阻較大，確保線(xiàn)性的確保線(xiàn)性的 機(jī)械特性機(jī)械特性 為了滿(mǎn)足交流伺服電動(dòng)機(jī)線(xiàn)性機(jī)械特性的要求，通常的做法是：加大轉(zhuǎn)子電

19、阻，以使得產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率 。相應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖12.16中的曲線(xiàn)2所示。顯然，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性在整個(gè)調(diào)速范圍（ ）內(nèi)接近線(xiàn)性。1ms10n（2）控制信號(hào)消失后轉(zhuǎn)子無(wú)”自轉(zhuǎn)“現(xiàn)象是指：伺服電動(dòng)機(jī)在控制信號(hào)為零時(shí)，能夠自行停車(chē)。 圖12.17a給出了普通驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)一相繞組通電時(shí)的機(jī)械特性，此時(shí)轉(zhuǎn)子電阻較小。圖12.17a同時(shí)給出了兩相繞組交流伺服電動(dòng)機(jī)一相通電（即控制電壓為零）且轉(zhuǎn)子電阻較大時(shí)的機(jī)械特性。圖12.17 兩相交流異步電動(dòng)機(jī)一相供電時(shí)的機(jī)械特性交流伺服交流伺服電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻足夠大足夠大普通交流電動(dòng)普通交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻較機(jī)轉(zhuǎn)子電阻較小小

20、普通交流電動(dòng)普通交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻增機(jī)轉(zhuǎn)子電阻增加加 由圖12.17a可見(jiàn)：對(duì)于普通異步電動(dòng)機(jī)，若一相繞組通電時(shí)（相當(dāng)于控制電壓為零）， 由于轉(zhuǎn)子電阻較小，正轉(zhuǎn)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)仍存在正向電磁轉(zhuǎn)矩； 對(duì)于交流伺服電動(dòng)機(jī)，若控制電壓為零，由于轉(zhuǎn)子電阻較大，則正轉(zhuǎn)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)仍存在負(fù)向電磁轉(zhuǎn)矩，因而控制電壓消失后轉(zhuǎn)子不會(huì)”自轉(zhuǎn)“。結(jié)論：結(jié)論： 與一般異步電動(dòng)機(jī)相比，兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大，與一般異步電動(dòng)機(jī)相比，兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大，因而其機(jī)械特性在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)接近線(xiàn)性，且一相繞組通電（即因而其機(jī)械特性在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)接近線(xiàn)性，且一相繞組通電（即控制電壓為零）時(shí)轉(zhuǎn)子無(wú)控制電壓為

21、零）時(shí)轉(zhuǎn)子無(wú)“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象發(fā)生現(xiàn)象發(fā)生。b b、控制方式與運(yùn)行特性、控制方式與運(yùn)行特性在保持勵(lì)磁電壓不變的條件下，交流伺服電動(dòng)機(jī)的在保持勵(lì)磁電壓不變的條件下，交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式控制方式：u 幅值控制幅值控制u 相位控制相位控制u 幅幅- -相控制相控制（1 1）幅值控制時(shí)的運(yùn)行特性）幅值控制時(shí)的運(yùn)行特性圖12.18 交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值控制時(shí)的接線(xiàn)圖有效信號(hào)系數(shù)有效信號(hào)系數(shù)： 設(shè)控制繞組的外加電壓為設(shè)控制繞組的外加電壓為 ，其額定電壓為，其額定電壓為 ，則有效信號(hào)系，則有效信號(hào)系數(shù)數(shù) 可定義為：可定義為：cUcNUcNcUU當(dāng) 時(shí)，相應(yīng)的氣隙合成磁勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)；當(dāng) 時(shí)，由于定子繞組僅

22、勵(lì)磁繞組一相供電，相應(yīng)的氣隙合成磁勢(shì)為脈振磁勢(shì)；當(dāng) 時(shí)，相應(yīng)的氣隙合成磁勢(shì)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。1010根據(jù)上述結(jié)論，得 為不同值時(shí)的機(jī)械特性曲線(xiàn)如圖12.19a所示。圖12.19 交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值控制時(shí)的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性 采用幅值控制時(shí)，交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性可以通過(guò)機(jī)械特性獲得，如圖12.19b所示。（2 2）相位控制時(shí)的運(yùn)行特性）相位控制時(shí)的運(yùn)行特性圖12.20 交流伺服電動(dòng)機(jī)相位控制時(shí)的接線(xiàn)圖相位控制時(shí)的信號(hào)系數(shù)相位控制時(shí)的信號(hào)系數(shù)： 設(shè)控制電壓滯后與勵(lì)磁電壓的相位為設(shè)控制電壓滯后與勵(lì)磁電壓的相位為 ，則，則 定義為定義為相位控相位控制時(shí)的信號(hào)系數(shù)。制時(shí)的信號(hào)系數(shù)。sin當(dāng) 時(shí)，相應(yīng)

23、的氣隙合成磁勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)；當(dāng) 時(shí)，相應(yīng)的氣隙合成磁勢(shì)為脈振磁勢(shì)； 當(dāng) 時(shí)，氣隙合成磁勢(shì)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，合成電磁轉(zhuǎn)矩取決于橢圓度。 1sin0sin1sin0根據(jù)上述結(jié)論，繪出了交流伺服電動(dòng)機(jī)采用相位控制時(shí)的機(jī)械特性如圖12.21a 所示。圖12.21 交流伺服電動(dòng)機(jī)相位控制時(shí)的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性 交流伺服電動(dòng)機(jī)采用相位控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性可由相應(yīng)的機(jī)械特性獲得，如圖12.20b所示。（3 3）幅）幅- -相控制時(shí)的運(yùn)行特性相控制時(shí)的運(yùn)行特性圖12.22 交流伺服電動(dòng)機(jī)幅-相控制時(shí)的接線(xiàn)圖 采用幅-相控制時(shí)交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖12.23a所示，相應(yīng)的調(diào)節(jié)特性同樣可以由相應(yīng)的機(jī)械特性獲得

24、，如圖12.23b所示。圖12.23 交流伺服電動(dòng)機(jī)幅-相控制時(shí)的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性C、力矩電動(dòng)機(jī)力矩電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 低速、大力矩；低速、大力矩； 勿需齒輪等減速機(jī)構(gòu)減速直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載低速運(yùn)行；勿需齒輪等減速機(jī)構(gòu)減速直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載低速運(yùn)行； 負(fù)載轉(zhuǎn)速受控于控制電壓信號(hào)；負(fù)載轉(zhuǎn)速受控于控制電壓信號(hào)； 可以低速長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；可以低速長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行； 機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線(xiàn)性度好。機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線(xiàn)性度好。 分類(lèi)：分類(lèi)：n 直流力矩電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)n 交流力矩電動(dòng)機(jī)交流力矩電動(dòng)機(jī) 圖12.24給出了典型永磁式直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12.24 永磁式直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1銅環(huán) 2定

25、子 3電刷 4電樞繞組 5槽楔兼換向片 6轉(zhuǎn)子12.3 12.3 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)定義：定義： 測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種把機(jī)械轉(zhuǎn)速按比例轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的控制電機(jī)。測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種把機(jī)械轉(zhuǎn)速按比例轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的控制電機(jī)。分類(lèi)：分類(lèi)：u 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)u 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)A、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)圖12.25 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的接線(xiàn)圖 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)相同，由勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，電樞繞組在外力拖動(dòng)下切割磁力線(xiàn)感應(yīng)電勢(shì)，其大小為： nCEea（12-12） 空載時(shí)， ，即輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。aEU20 負(fù)載后，若負(fù)載電阻為 ，則正、負(fù)電

26、刷之間的輸出電壓為： LRLaaaaaRUREIREU22 將式（12-12）代入上式，并整理得：CnnRRCULae12（12-13） 上式表明，若 、 和 不變，則輸出電壓 與轉(zhuǎn)速成正比。 aRLR2U 根據(jù)式（12-13）便可以繪出一定負(fù)載電阻（ =常數(shù)）下直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線(xiàn)，如圖12.26所示。 LR圖12.26 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性結(jié)論：結(jié)論： 從信號(hào)轉(zhuǎn)換角度看，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)是一對(duì)互從信號(hào)轉(zhuǎn)換角度看，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)是一對(duì)互為可逆的電機(jī)。為可逆的電機(jī)。 直流伺服電動(dòng)機(jī)將直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速信號(hào)，而直流測(cè)速發(fā)電機(jī)則將速度直流伺服電動(dòng)機(jī)將直

27、流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速信號(hào)，而直流測(cè)速發(fā)電機(jī)則將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)。B、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 定子采用空間互差定子采用空間互差 的兩相分布繞組組成。其中，一相繞組為激磁繞組，另的兩相分布繞組組成。其中，一相繞組為激磁繞組，另一相為輸出繞組。轉(zhuǎn)子采用空心杯結(jié)構(gòu)。為減小主磁路的磁阻，空心杯轉(zhuǎn)子內(nèi)部一相為輸出繞組。轉(zhuǎn)子采用空心杯結(jié)構(gòu)。為減小主磁路的磁阻，空心杯轉(zhuǎn)子內(nèi)部還有一個(gè)由硅鋼片疊壓而成的內(nèi)定子定子鐵心。還有一個(gè)由硅鋼片疊壓而成的內(nèi)定子定子鐵心。90 圖12.27給出了一臺(tái)空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12.27 空心杯轉(zhuǎn)子異步

28、測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1空心杯轉(zhuǎn)子 2定子 3內(nèi)定子 4機(jī)殼 5端蓋 圖12.28為測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理示意圖。圖12.28 空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理圖 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止（ ）時(shí)，直軸脈振磁通 交變，在空心杯轉(zhuǎn)子直軸繞組中感應(yīng)變壓器電勢(shì) 、直軸電流 以及轉(zhuǎn)子直軸磁勢(shì) ，如圖12.28a所示。考慮到輸出繞組的軸線(xiàn)（q軸）與d軸相互垂直，因而輸出繞組不會(huì)與直軸磁通相匝鏈而感應(yīng)電勢(shì)，相應(yīng)的輸出電壓 。0nddrEdrIdrF020U 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后（ ），除了在空心杯轉(zhuǎn)子直軸繞組中感應(yīng)變壓器電勢(shì)和電流外，轉(zhuǎn)子交軸繞組由于切割直軸磁通 而產(chǎn)生速度電勢(shì) 。根據(jù)右手定則， 的方向如圖12.28b所示，其

29、大小為：0ndqrEqrEnCEdqr2（12-14） 在 的作用下，轉(zhuǎn)子繞組將產(chǎn)生q軸電流 和脈振磁勢(shì) 。考慮到轉(zhuǎn)子電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子漏抗，因而轉(zhuǎn)子q軸電流 與 基本同相，如圖12.28b所示。q軸電流 沿q軸方向建立磁勢(shì) 和相應(yīng)的磁通 。 沿q軸方向交變，并在定子輸出繞組上感應(yīng)電勢(shì) ，其有效值為：qrEqrIqrFqrIqrEqrIqrFqq2EqwkfNE22244. 4（12-14）交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理：交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理：忽略鐵心飽和，有：qrqrqrqEIF（12-16）聯(lián)立式（12-14）、（12-15）和（12-16）可得：nEd2（12-17） 上式表明：在外加激磁電

30、壓一定的條件下，直軸磁通 保持不變，則交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電勢(shì)（或輸出電壓） 與轉(zhuǎn)速n成正比。即通過(guò)測(cè)量輸出電壓便可以檢測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)。d2E結(jié)論：結(jié)論： 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)可以看作為是一對(duì)互為交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)可以看作為是一對(duì)互為可逆的電機(jī)。可逆的電機(jī)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)是由控制繞組輸入電壓信號(hào)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電壓輸入信號(hào)轉(zhuǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)是由控制繞組輸入電壓信號(hào)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電壓輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速信號(hào)在機(jī)械軸上輸出；而交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)則是由外力拖動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，變?yōu)檗D(zhuǎn)速信號(hào)在機(jī)械軸上輸出；而交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)則是由外力拖動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c轉(zhuǎn)速成正比

31、的電壓信號(hào)在定子輸出繞組（相當(dāng)于通過(guò)發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)在定子輸出繞組（相當(dāng)于交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組）中輸出。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組）中輸出。12.4 12.4 自整角機(jī)自整角機(jī)定義：定義： 自整角機(jī)是一種對(duì)角位移偏差具有自整步能力的控制電機(jī)。一自整角機(jī)是一種對(duì)角位移偏差具有自整步能力的控制電機(jī)。一般情況下，自整角機(jī)是成對(duì)使用的，一臺(tái)作為發(fā)送機(jī)使用，另一臺(tái)般情況下，自整角機(jī)是成對(duì)使用的，一臺(tái)作為發(fā)送機(jī)使用，另一臺(tái)作為接收機(jī)使用。通過(guò)發(fā)送機(jī)將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再由接收作為接收機(jī)使用。通過(guò)發(fā)送機(jī)將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再由接收機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)角或電信號(hào)輸出，從而實(shí)

32、現(xiàn)角度的遠(yuǎn)距離傳輸機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)角或電信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)角度的遠(yuǎn)距離傳輸或轉(zhuǎn)換?；蜣D(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：n 轉(zhuǎn)子采用單相交流激磁繞組，嵌入到凸極或隱極式轉(zhuǎn)子鐵心中，轉(zhuǎn)子采用單相交流激磁繞組，嵌入到凸極或隱極式轉(zhuǎn)子鐵心中， 并通過(guò)轉(zhuǎn)子滑環(huán)和電刷引出；并通過(guò)轉(zhuǎn)子滑環(huán)和電刷引出；n 定子采用三相對(duì)稱(chēng)分布繞組（又稱(chēng)為整步繞組）。三相整步繞組定子采用三相對(duì)稱(chēng)分布繞組（又稱(chēng)為整步繞組）。三相整步繞組 接成星形，并通過(guò)出線(xiàn)端引出。接成星形，并通過(guò)出線(xiàn)端引出。分類(lèi)：分類(lèi)：u 力矩式自整角機(jī)：力矩式自整角機(jī)：其輸出是轉(zhuǎn)角其輸出是轉(zhuǎn)角；u 控制式自整角機(jī)：控制式自整角機(jī)：其輸出是電壓信號(hào)其輸出是電壓信號(hào)。

33、圖12.29 力矩式自整角機(jī)的工作原理圖失調(diào)角失調(diào)角的概念：的概念： 將將a1a1相整步繞組軸線(xiàn)與激磁繞組軸線(xiàn)之間的夾角作為相整步繞組軸線(xiàn)與激磁繞組軸線(xiàn)之間的夾角作為轉(zhuǎn)子的位置轉(zhuǎn)子的位置角角。兩自整角機(jī)轉(zhuǎn)子位置角偏差稱(chēng)為失調(diào)角。兩自整角機(jī)轉(zhuǎn)子位置角偏差稱(chēng)為失調(diào)角 ，即：，即： 。21協(xié)調(diào)位置協(xié)調(diào)位置的概念：的概念： 當(dāng)失調(diào)角當(dāng)失調(diào)角 為零（即兩臺(tái)自整角機(jī)轉(zhuǎn)子位置角相同）時(shí)，各相整為零（即兩臺(tái)自整角機(jī)轉(zhuǎn)子位置角相同）時(shí)，各相整步繞組中的定子電流（又稱(chēng)為步繞組中的定子電流（又稱(chēng)為均衡電流均衡電流）為零，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也）為零，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也為零，此時(shí)轉(zhuǎn)子的位置稱(chēng)為協(xié)調(diào)位置。為零，此時(shí)轉(zhuǎn)子的位置稱(chēng)

34、為協(xié)調(diào)位置。幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：幾個(gè)術(shù)語(yǔ)： A、力矩式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)整步轉(zhuǎn)矩整步轉(zhuǎn)矩的概念與力矩式自整角機(jī)的的概念與力矩式自整角機(jī)的工作原理工作原理： 當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度 后，兩自整角機(jī)轉(zhuǎn)子之間將后，兩自整角機(jī)轉(zhuǎn)子之間將存在一個(gè)失調(diào)角存在一個(gè)失調(diào)角 。于是，發(fā)送和接收機(jī)整步繞組中所感應(yīng)的線(xiàn)電。于是，發(fā)送和接收機(jī)整步繞組中所感應(yīng)的線(xiàn)電勢(shì)將不再相等，兩繞組之間便有均衡電流流過(guò)。均衡電流與兩轉(zhuǎn)子勢(shì)將不再相等，兩繞組之間便有均衡電流流過(guò)。均衡電流與兩轉(zhuǎn)子激磁繞組所建立的磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩（又稱(chēng)為激磁繞組所建立的磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩（又稱(chēng)為整步轉(zhuǎn)整步

35、轉(zhuǎn)矩矩）。整步轉(zhuǎn)矩力圖使失調(diào)角趨向于零。于是，接收機(jī)轉(zhuǎn)子將跟隨）。整步轉(zhuǎn)矩力圖使失調(diào)角趨向于零。于是，接收機(jī)轉(zhuǎn)子將跟隨發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 角，從而使兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角又保持一致，力矩式自角，從而使兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角又保持一致，力矩式自整角機(jī)又重新達(dá)到新的協(xié)調(diào)位置。整角機(jī)又重新達(dá)到新的協(xié)調(diào)位置。上述過(guò)程定量分析如下：假定：假定：（1）氣隙磁密按正弦分布；）氣隙磁密按正弦分布；（2）忽略鐵心飽和和整步繞組磁勢(shì)對(duì)激磁磁勢(shì)的影響。）忽略鐵心飽和和整步繞組磁勢(shì)對(duì)激磁磁勢(shì)的影響。 當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子之間的位置角分別為 和 不等時(shí)，轉(zhuǎn)子激磁磁場(chǎng)在定子各整步繞組內(nèi)所感應(yīng)變壓器電勢(shì)的有效值分別由下列式子給出：1

36、2 對(duì)于發(fā)送機(jī))120cos()120cos(cos111111EEEEEEcba（12-18） 對(duì)于接收機(jī))120cos()120cos(cos222222EEEEEEcba（12-19） 考慮到發(fā)送機(jī)和接收機(jī)均為星形連接的三相對(duì)稱(chēng)繞組，因此，各相回路的合成電勢(shì)可分別表示為：2sin)1202sin(22sin)1202sin(22sin2sin2211221122112EEEEEEEEEEEEcccbbbaaa（12-20） 設(shè)整步繞組每相的等效阻抗為 ，則定子各相繞組中的均衡電流為：2sin)1202sin(22sin)1202sin(22sin2sin2212121aaccaabbaa

37、aaZEZEIZEZEIZEZEI（12-21）aZ 為了計(jì)算整步轉(zhuǎn)矩的方便，可將整步繞組中的三相電流按投影分解到直軸（或d軸）和交軸（或q軸）上，即完成所謂的三相abc坐標(biāo)系到靜止dqo坐標(biāo)系變量的變換。于是，三相整步繞組的電流在d軸和q軸上的分量可分別表示為：對(duì)于發(fā)送機(jī)sin43)120sin()120sin(sin)cos1 (43)120cos()120cos(cos11111111acbaqacbadZEIIIIZEIIII(12-22) 對(duì)于接收機(jī)，考慮到它在三相整步繞組中的電流與發(fā)送機(jī)大小相同，流向相反，于是有：sin43)120sin()120sin(sin)cos1 (43)

38、120cos()120cos(cos22222222acbaqacbadZEIIIIZEIIII(12-23) 考慮到磁勢(shì)正比于電流，于是根據(jù)式（12-22）和（12-23）中的電流分量便可求得三相整步繞組所產(chǎn)生的定子合成磁勢(shì)在d軸和q軸上的分量 和 的大小并分析其性質(zhì)。dFqF 由式（12-22）和（12-23）可見(jiàn)：無(wú)論是發(fā)送機(jī)還是接收機(jī)，在直軸方向上的磁勢(shì)分量均為負(fù)值，表明整步繞組在直軸方向上的磁勢(shì)為去磁的。假定失調(diào)角 較小，則 、 以及相應(yīng)的直軸磁勢(shì)較小，可以忽略不計(jì)；而交軸方向上的磁勢(shì)分量對(duì)于發(fā)送機(jī)和接收機(jī)來(lái)講，其大小相等，方向相反。dI1dI2 圖12.30給出了轉(zhuǎn)子交軸、直軸磁場(chǎng)

39、與定子交軸、直軸電流相互作用所產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的示意圖。圖中，規(guī)定沿直軸（d軸）和交軸（q軸）正方向的磁勢(shì)（或電流）為正，并取逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩為正。圖12.30 d、q 軸磁場(chǎng)與 d、q 軸電流相互作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 由圖12.30可見(jiàn)：只有直軸磁通 與交軸電流 或交軸磁通 與直軸電流 相互作用才能產(chǎn)生有效的電磁轉(zhuǎn)矩。鑒于直軸磁勢(shì)（或電流）較小，可以忽略不計(jì)，而轉(zhuǎn)子激磁磁通主要集中在d軸上，即 ，因此整步轉(zhuǎn)矩的大小可由下式給出：dqIqdImdqmqdemIIT 將式（12-22）或（12-23）代入上式，并考慮到圖12.30中的轉(zhuǎn)矩方向，便可求得發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的整步轉(zhuǎn)矩分別為：sin

40、)sin43(11mamemTZECT(12-24)112sinsin43emmamemTTZECT(12-25) 式（12-24）和（12-25）中的符號(hào)表明：發(fā)送機(jī)整步繞組所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩為逆時(shí)針?lè)较?，而接收機(jī)所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩為順時(shí)針?lè)较?。考慮到整步繞組位于定子側(cè)，所以作用到轉(zhuǎn)子軸上的實(shí)際整步轉(zhuǎn)矩方向分別與上式相反。即當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下逆時(shí)針旋當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度轉(zhuǎn)一個(gè)角度 后后，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子上所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩為順時(shí)針?lè)较颍瑑A向于保持轉(zhuǎn)子原來(lái)的位置。而接收機(jī)轉(zhuǎn)子接收機(jī)轉(zhuǎn)子上所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩為逆時(shí)針?lè)较?，?qū)使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角度逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角度 ，從而使兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角一致

41、使兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角一致，即 。最終，整步轉(zhuǎn)矩為零，系統(tǒng)進(jìn)入新的協(xié)調(diào)位置。0 根據(jù)式（12-24）繪出靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖12.31所示。 圖12.31 自整角機(jī)的靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩特性圖中，當(dāng)失調(diào)角 時(shí)的整步轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為比整步轉(zhuǎn)矩比整步轉(zhuǎn)矩（或比轉(zhuǎn)矩比轉(zhuǎn)矩）。1B、控制式自整角機(jī)控制式自整角機(jī)圖12.32 控制式自整角機(jī)的工作原理圖控制式自整角機(jī)的控制式自整角機(jī)的概念與工作原理概念與工作原理： 控制式自整角機(jī)的作用是將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為接收機(jī)控制式自整角機(jī)的作用是將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上的電壓信號(hào)。轉(zhuǎn)子繞組上的電壓信號(hào)。在發(fā)送機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢(shì)的作用下，接在發(fā)送

42、機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢(shì)的作用下，接收機(jī)定子繞組中便有電流流過(guò)并產(chǎn)生磁勢(shì)和磁通。所產(chǎn)生的磁通與收機(jī)定子繞組中便有電流流過(guò)并產(chǎn)生磁勢(shì)和磁通。所產(chǎn)生的磁通與接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相匝聯(lián)，并在接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，最終接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相匝聯(lián)，并在接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，最終輸出電壓。由于接收機(jī)是處于變壓器運(yùn)行狀態(tài)，故接收機(jī)又稱(chēng)為輸出電壓。由于接收機(jī)是處于變壓器運(yùn)行狀態(tài)，故接收機(jī)又稱(chēng)為自自整角變壓器整角變壓器。 定量分析如下： 在自整角變壓器中，取轉(zhuǎn)子繞組軸線(xiàn)與a2相整步繞組軸線(xiàn)垂直的位置作為基準(zhǔn)電氣零位。相應(yīng)的失調(diào)角為零，兩轉(zhuǎn)子處于協(xié)調(diào)位置，自整角變壓器輸出電壓為零。 若將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于整步繞組逆時(shí)針?lè)?/p>

43、向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)角 （相當(dāng)于整步繞組順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角 ）（見(jiàn)圖12.32），自整角變壓器轉(zhuǎn)子將從基準(zhǔn)零位逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)角 （相當(dāng)于整步繞組順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角 ），則相應(yīng)的失調(diào)角為： 。在發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子激磁繞組的磁勢(shì)和磁場(chǎng)作用下，各相整步繞組中將感應(yīng)變壓器電勢(shì)，其有效值分別為：112221)120cos()120cos(cos111111EEEEEEcba（12-26） 設(shè)發(fā)送機(jī)整步繞組中每相的等效電抗為 ，而自整角變壓器整步繞組中每相的等效電抗為 ，則各整步繞組回路中的電流有效值分別為：aZ1aZ2)120cos()120cos(cos121211121211121211aaaaccaaaabbaaaaa

44、aZZEZZEIZZEZZEIZZEZZEI（12-27） 對(duì)于自整角變壓器，考慮到其三相整步繞組中的電流與發(fā)送機(jī)中的電流大小相同，方向相反（見(jiàn)圖12.32），因此，每相整步繞組所產(chǎn)生基波磁勢(shì)的幅值分別為：)120cos(9 . 0)120cos(9 . 0cos9 . 0122212221222FpIkNFFpIkNFFpIkNFcwcbwbawa（12-28） 為了計(jì)算自整角變壓器輸出電壓的方便，通常將整步繞組中的各相磁勢(shì)按投影分解到直軸（或d軸）和交軸（或q軸）上。于是有： sin23)120sin()120sin(sincos23)120cos()120cos(cos222222222

45、22222FFFFFFFFFFcbaqcbad（12-29） 于是，整步繞組合成磁勢(shì)的幅值為：FFFFqd2322222（12-30） 合成磁勢(shì)與d軸之間的夾角為：dqFFtg221（12-31） 根據(jù)上式，繪出自整角變壓器三相整步繞組的合成磁勢(shì) 的位置如圖12.33所示。2F圖12.33 自整角變壓器整步繞組合成磁勢(shì)的空間位置 考慮到發(fā)送機(jī)和自整角變壓器是由完全相同的兩臺(tái)自整角機(jī)組成，因此，其內(nèi)部整步繞組的空間位置完全對(duì)應(yīng)（即 相整步繞組的軸線(xiàn)與 相整步繞組相同）。由此可見(jiàn)：自整角變壓器三相整步繞組合成磁勢(shì)的空間位置總是與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際空間位自整角變壓器三相整步繞組合成磁勢(shì)的空間位置總是與

46、發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際空間位置相一致。置相一致。 2a1a 對(duì)于自整角變壓器，由于其輸出繞組的軸線(xiàn)與q軸的方向一致，因此，q軸脈振磁勢(shì)在輸出繞組中的感應(yīng)電勢(shì)為：qwkfNE222244. 4（12-32）其中，交軸脈振磁勢(shì)與輸出繞組所匝鏈的磁通可由下式給出： sin2322qqqqFF（12-33）結(jié)合式（12-32）和（12-33），便可求出自整角變壓器空載時(shí)的輸出電壓為： sinsin2344. 4222220mqwUFkfNEU（12-34） 根據(jù)上式繪出自整角變壓器輸出電壓與失調(diào)角之間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖12.34所示。圖12.34 自整角變壓器的輸出特性圖中，當(dāng)失調(diào)角時(shí)的輸出電壓稱(chēng)為比電壓比電壓

47、。 圖12.35給出了由控制式自整角機(jī)可以與伺服電機(jī)一起組成隨動(dòng)系統(tǒng)。 圖12.35 由控制式自整角機(jī)和伺服電機(jī)組成的隨動(dòng)系統(tǒng) 結(jié)論：結(jié)論： 控制式自整角機(jī)的接收機(jī)（或自整角變壓器）與力矩式自整角機(jī)控制式自整角機(jī)的接收機(jī)（或自整角變壓器）與力矩式自整角機(jī)的接收機(jī)是同一種電機(jī)的兩種可逆運(yùn)行方式。的接收機(jī)是同一種電機(jī)的兩種可逆運(yùn)行方式。 在力矩式自整角機(jī)中，發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)單相電源輸入電壓信號(hào)，通過(guò)在力矩式自整角機(jī)中，發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)單相電源輸入電壓信號(hào)，通過(guò)定子繞組的電氣連接將發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)傳遞至接收機(jī)，由接收機(jī)輸出轉(zhuǎn)角信號(hào)。定子繞組的電氣連接將發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)傳遞至接收機(jī)，由接收機(jī)輸

48、出轉(zhuǎn)角信號(hào)。此時(shí)，接收機(jī)相當(dāng)于工作在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；而在控制式自整角機(jī)中，接收機(jī)的此時(shí)，接收機(jī)相當(dāng)于工作在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；而在控制式自整角機(jī)中，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路，通過(guò)定子繞組的電氣連接將發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮諜C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路，通過(guò)定子繞組的電氣連接將發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮諜C(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電壓輸出。此時(shí)，接收機(jī)相當(dāng)于工作在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。繞組的電壓輸出。此時(shí)，接收機(jī)相當(dāng)于工作在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。12.5 12.5 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器概念概念: 旋轉(zhuǎn)變壓器（旋轉(zhuǎn)變壓器（Revolving Transformer）是一種可以旋轉(zhuǎn)的變壓器）是一種可以旋轉(zhuǎn)的變壓器或控制電機(jī)，它將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角按一定

49、規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出?；蚩刂齐姍C(jī)，它將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。圖12.36 有刷旋轉(zhuǎn)變壓器的電路原理圖按有無(wú)電刷分類(lèi)按有無(wú)電刷分類(lèi): :u 有刷旋轉(zhuǎn)變壓器有刷旋轉(zhuǎn)變壓器u 無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器分類(lèi)：分類(lèi)：按有輸出電壓與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系分類(lèi)按有輸出電壓與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系分類(lèi): :u 正正- -余弦旋轉(zhuǎn)變壓器余弦旋轉(zhuǎn)變壓器u 線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)變壓器線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)變壓器有刷旋轉(zhuǎn)變壓器有刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 定子和轉(zhuǎn)子均采用空間互差的兩相對(duì)稱(chēng)正弦分布繞組；定子和轉(zhuǎn)子均采用空間互差的兩相對(duì)稱(chēng)正弦分布繞組； 定、轉(zhuǎn)子極數(shù)一般為兩極，轉(zhuǎn)子繞組則通過(guò)滑環(huán)和電刷引出。定、轉(zhuǎn)子極數(shù)一般為兩極

50、，轉(zhuǎn)子繞組則通過(guò)滑環(huán)和電刷引出。 圖12.37 無(wú)刷式旋轉(zhuǎn)變壓器的電路原理圖無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 包括兩部分：包括兩部分：u 解算器（或分解器）：由兩相空間互成解算器（或分解器）：由兩相空間互成 的定子繞組和一相轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞的定子繞組和一相轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組組成；組組成；u 旋轉(zhuǎn)變壓器：一次側(cè)繞組固定在定子上，由高頻交流信號(hào)激磁。二次側(cè)繞旋轉(zhuǎn)變壓器：一次側(cè)繞組固定在定子上，由高頻交流信號(hào)激磁。二次側(cè)繞組位于轉(zhuǎn)子上，與轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)。組位于轉(zhuǎn)子上，與轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)。90無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理：無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理： 由旋轉(zhuǎn)變壓器的二次側(cè)繞組為解算器的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組提供旋轉(zhuǎn)

51、激由旋轉(zhuǎn)變壓器的二次側(cè)繞組為解算器的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組提供旋轉(zhuǎn)激磁。通過(guò)解算器的兩相定子繞組分別輸出與轉(zhuǎn)子角度的正、余弦成磁。通過(guò)解算器的兩相定子繞組分別輸出與轉(zhuǎn)子角度的正、余弦成正比的電壓信號(hào)。正比的電壓信號(hào)。 由于旋轉(zhuǎn)變壓器的二次側(cè)繞組與解算器的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組相對(duì)靜由于旋轉(zhuǎn)變壓器的二次側(cè)繞組與解算器的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組相對(duì)靜止，故實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷結(jié)構(gòu)。止，故實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷結(jié)構(gòu)。 此外，無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入與輸出端口是可以交換的。此外，無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入與輸出端口是可以交換的。A、工作原理工作原理a a、正、正- -余弦旋轉(zhuǎn)變壓器余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 正-余弦旋轉(zhuǎn)變壓器因兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓分別為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正、余弦函

52、數(shù)而得名，其原理圖如圖12.36所示。 圖12.36中，取轉(zhuǎn)子A繞組與d軸重合時(shí)的位置為轉(zhuǎn)子的起始位置，并規(guī)定轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針偏離d軸的角度為正。 當(dāng)定子激磁繞組D外加交流電壓時(shí)，繞組內(nèi)便產(chǎn)生激磁電流，并在d軸上建立脈振磁勢(shì)和氣隙磁通 。當(dāng) 為任意值時(shí)，由于氣隙磁通 與A、B兩相繞組所匝鏈的磁通分別為 和 ，因此在激磁繞組D、轉(zhuǎn)子A和B繞組中所感應(yīng)電勢(shì)的有效值分別為：mmcosmsinm空載運(yùn)行分析：空載運(yùn)行分析：sinsin44. 4coscos44. 444. 4DmwrrrADmwrrrAmwssDkEkfNEkEkfNEkfNE（12-35）當(dāng)轉(zhuǎn)子A、B兩相繞組空載時(shí)，其輸出電壓分別為：s

53、incosDrBBDrAAkEEUkEEU（12-36） 上式表明，空載時(shí)，轉(zhuǎn)子A、B兩相繞組的輸出電壓分別與轉(zhuǎn)角 的余弦和正弦函數(shù)成正比，相應(yīng)的繞組分別稱(chēng)為余弦繞組余弦繞組和正弦繞組正弦繞組。負(fù)載運(yùn)行分析：負(fù)載運(yùn)行分析：圖12.38 負(fù)載后的正-余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 余弦輸出繞組A中接入負(fù)載 后（見(jiàn)圖12.38），便會(huì)有負(fù)載電流流過(guò)，并產(chǎn)生脈振磁勢(shì) ，其結(jié)果將導(dǎo)致氣隙磁場(chǎng)畸變，使得轉(zhuǎn)子A、B兩相繞組的輸出電壓與轉(zhuǎn)角之間不再滿(mǎn)足式（12-36）中的正、余弦關(guān)系。AF現(xiàn)分析如下：LZ根據(jù)圖12.38，轉(zhuǎn)子磁勢(shì) 可沿d軸和q軸分解為如下兩個(gè)分量：AFsincosAAqAAdFFFF（12-37） 根據(jù)變

54、壓器理論， 的出現(xiàn)使定子D繞組的電流增大，對(duì)氣隙磁場(chǎng)基本無(wú)影響； 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)則不同，由于定子Q繞組中本來(lái)無(wú)激磁電流，因而 的作用相當(dāng)于交軸激磁磁勢(shì)。 要在氣隙中建立新的脈振磁場(chǎng)，它所產(chǎn)生的磁通最大值為：AdFAqFAqFAqFsinAqqmF（12-38） 與轉(zhuǎn)子A、B兩相繞組所匝鏈的磁通分別為 和 。它們?cè)贏、B兩相繞組中所感應(yīng)電勢(shì)的有效值分別為：qmsinqmcosqmcos44. 4sin44. 4qmwrrBqqmwrrAqkfNEkfNE（12-39）將式（12-38）代入上式得：cossincossin44. 4sinsin44. 422KFkfNEKFkfNEAqwrrBqAqwr

55、rAq（12-40） 上式表明：負(fù)載后，由于轉(zhuǎn)子磁勢(shì) 的作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子A、B兩相繞組中所感應(yīng)的電勢(shì)中多出兩項(xiàng)： 和 。其結(jié)果引起A、B兩相繞組的輸出電壓與轉(zhuǎn)角 之間不再滿(mǎn)足余弦或正弦關(guān)系。且負(fù)載電流越大，對(duì)輸出電壓的影響越嚴(yán)重。AFAqEBqE解決措施：解決措施： 為了消除輸出電壓的畸變，可以在定子側(cè)或轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償。圖12.39給出了一種將定子繞組短接的定子側(cè)補(bǔ)償方案。圖12.39 帶有定子側(cè)補(bǔ)償?shù)恼?余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 圖中，由于q軸方向上相當(dāng)于一臺(tái)副方短路的變壓器，其主磁通 很小，因而抑制了轉(zhuǎn)子磁勢(shì) 對(duì)輸出電壓的影響。qmAFb b、線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)變壓器、線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)變壓器 定義：定義： 輸出電壓與轉(zhuǎn)

56、子轉(zhuǎn)角之間呈線(xiàn)性關(guān)系的旋轉(zhuǎn)變壓器稱(chēng)為輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之間呈線(xiàn)性關(guān)系的旋轉(zhuǎn)變壓器稱(chēng)為線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)變壓器變壓器。 圖12.40 線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)變壓器的原理電路圖 當(dāng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò) 角時(shí)，由于定子繞組Q的補(bǔ)償作用，轉(zhuǎn)子繞組B中的負(fù)載電流所產(chǎn)生的磁勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響較小。氣隙磁通主要是由定子激磁繞組D所產(chǎn)生的直軸磁通 。它在激磁繞組D、轉(zhuǎn)子A和B繞組中所感應(yīng)電勢(shì)的有效值分別為 、 和 ，其有效值與式（12-35）相同。根據(jù)圖12.40所假定的正方向，于是有：msErAErBE)cos()(1DDrADEkEEEU（12-41）當(dāng)負(fù)載阻抗 較大時(shí)，輸出電壓為：LZsin2DrBEkEU（12-42）將式

57、（12-41）代入（12-42）得：12cos1sinUkkU（12-43） 根據(jù)上式繪出輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之間的特性曲線(xiàn)如圖12.41所示。 圖12.41 線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線(xiàn)( )52. 0k 由上圖可見(jiàn)：當(dāng) 時(shí)，輸出電壓 與轉(zhuǎn)角 之間基本上滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系。60602UB、旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用u 作為伺服系統(tǒng)中高精度位置檢測(cè)作為伺服系統(tǒng)中高精度位置檢測(cè)元件：元件：u 作為坐標(biāo)變換和矢量運(yùn)算器件；作為坐標(biāo)變換和矢量運(yùn)算器件；用途：用途： 當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)元件使用時(shí)，一般須利用特殊的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的信號(hào)后使用

58、；圖12.42 給出了兩種典型的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器與相應(yīng)轉(zhuǎn)換電路的電氣原理圖。圖12.42 無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測(cè)方案 圖12.42a、b所示方案所采用的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入與輸出端子顛倒。12.6 12.6 直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)定義：定義： 直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)是一種能夠直接輸出直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。是一種能夠直接輸出直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。分類(lèi)：分類(lèi)：u直線(xiàn)直線(xiàn)直流直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)u直線(xiàn)直線(xiàn)異步異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)u直線(xiàn)直線(xiàn)同步同步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)u直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)A、直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)兩種主要結(jié)構(gòu)形式：兩種主要結(jié)構(gòu)形式：u 框架式框架式 動(dòng)圈式；動(dòng)圈式； 動(dòng)鐵式動(dòng)鐵式u 音圈式音圈式

59、圖12.43 直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1永久磁鐵 2極靴 3鐵芯 4磁軛 5磁通 6可動(dòng)線(xiàn)圈 直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性以及動(dòng)態(tài)特性的分析與第2章介紹的直流旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)（或12.2節(jié)介紹的直流伺服電動(dòng)機(jī)）基本相同。只需用直線(xiàn)位移代替角位移、用力代替轉(zhuǎn)矩即可。B、直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī) 直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)是從旋轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的。 圖12.44 由旋轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)向直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的演變過(guò)程 當(dāng)在直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的初級(jí)三相繞組中通入三相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，則在初級(jí)和次極之間的氣隙中便產(chǎn)生類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的行波磁場(chǎng)，如圖12.45所示。圖12.45 直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖1初級(jí) 2次級(jí) 3行

60、波磁場(chǎng) 圖12.45中，行波磁場(chǎng)的移動(dòng)速度為同步速，它取決于初級(jí)繞組的通電頻率和繞組節(jié)距，即：1112260nvpf（12-45）式中， 為繞組節(jié)距(m)； 為電源頻率。1f 在同步速行波磁場(chǎng)的作用下，次級(jí)導(dǎo)條感應(yīng)電勢(shì)和電流，該電流與行波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力。若初級(jí)部分固定不動(dòng)，則次級(jí)部分（又稱(chēng)為動(dòng)子動(dòng)子）將沿行波磁場(chǎng)方向移動(dòng)。為確保相對(duì)切割，動(dòng)子的移動(dòng)速度總是低于行波磁場(chǎng)的同步速 ，其差異可用轉(zhuǎn)差率來(lái)表示，即：1v11vvvs（12-44）由式（12-44）、（12-45）可得動(dòng)子的移動(dòng)速度為：)1 (2)1 (11sfsvv（12-46） 上式表明，改變初級(jí)繞組的節(jié)距、初級(jí)的供電頻率以及