自整角机结构原理

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。,自整角机,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，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。,一、结构,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。,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。,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,三相对称分布绕组,单相励磁绕组,按自整角输出量可分为力矩式和控制式两种。,二、分类,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。,三、控制式自整角机工作原理,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，用表示电动势的最大值。,设发送机整步绕组中的A相绕组轴线与其对应的励磁绕组轴线的夹角为，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，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,可以证明：接收机励磁绕组的合成电动势，即输出电动势从上式看出，失调角时，接收机的输出电动势为最大而不是零，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,实际的控制式自整角机是将接收机转子绕组轴线与发送机转子绕组轴线垂直时的位置作为计算的起始位置。此时，输出电动势表示为由于接收机转子不能转动，即是恒定的。控制式自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。,图是雷达高低角自动显示系统示意图，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）与两轴的差角即-近似成正比，即,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,四、控制式自整角机的应用,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E20，伺服电动机便要转动，使减小，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,四、控制式自整角机的应用,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,四、控制式自整角机的应用,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，并忽略电枢反应，那么在分析时便可用迭加原理。,五、力矩式自整角机工作原理,当发送机的转子转角为1，接收机转子转角为2，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。,转矩的方向是使两磁势磁轴线靠拢。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T=Tmsin,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。,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。,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,五、力矩式自整角机的应用,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