控制电机部分总结.doc

第一至第四章见ppt
第五章 自整角机
1、 自整角机是将转角变为交流电压或由转角变为转角的感应式微型电机。
2、 自整角机基本作用与类型
基本作用：实现机械角度的检测，角度信号的远距离传输、变换、接收和指示。
主要类型 1 ）按使用要求不同：力矩式 —— 用于同步指示系统；控制式 —— 用作测角元件； 2 ）按结构、原理的不同：可分为控制式、力矩式、 霍尔式、多极式、固态式、无刷式、四线式等七种 。
应用系统组成在控制系统中通常是两个或两个以上的角机进行组合使用，根据 使用 目 的不同，系统的组成类型不同，一般有两大类型：
1 ）力矩式自整角机系统
①单轴成对运行方式
系统组成：发送机ZLF ——接收机 ZLJ；基本原理：机械角θ → 电压u → 机械角θ；基本功能 ：转角θ →发送机ZLF → u →接收机ZLJ →转角θ；实现： 机械角度的远距离传输θ → u →θ；
②双轴差动运行方式
系统组成 ：

差动角机的类型：
差动发送机ZCF——将转角差∆θ→ 电压 ∆ U；
差动接收机ZCJ ——将电压∆ U → 转角差∆θ；
2 ）控制式自整角机系统
基本组成：控制式发送机ZKF ——控制式变压器 ZKB ；
作用原理：转角θ→ ZKF→U → ZKB → U ；
与力矩式的区别，在其接收机的输出方式不同（力矩式接收机——以机械角直接输出θ；控制式接收 ——以电压输出U=sinθ）
3、 基本结构组成
定子—— 由铁心和导体绕组、外壳构成；
转子—— 由铁心和导体绕组、滑环、转轴等构成 ；
定子与转子的铁心结构 定子铁心——与普通三相交流电机的定子铁心相同；转子铁心 ——分有隐极和凸极两种。
定子与转子的绕组结构 1）发送机和接收机的绕组结构：定子——由三相对称绕组星形连接；转子——由单相绕组；2）差动机角机的绕组结构：定子与转 子——均由三相对称绕组，星形连接。
4、 自整角机基本工作原理
(1) 转子绕组的接线
发送机 ZKF：Z 1、Z 2 ——接交流电压 Uf
变压器 ZKB：Z '1、 Z '2 ——接输出端E0
(2)转角检测与传输原理
1)假设 Z12与D1轴线的夹角为 q1，Z '12与 D '1轴线的夹角为q2 ，d = q2-q 1
2 ）工作原理
Uf→ Z12→Bj→D123→E123→I123→D'123→ B'→ Z'12→ E ( d )
5、 转子单相绕组的励磁磁场 —— 脉振磁场
（1）单相绕组的励磁磁场 电磁作用：Uf →Z12→Bj
设交流励磁电流
（2）单相励磁磁场的特点
1）作用位置：Z12轴线 o-o'上
特点：取决轴线 o-o'转角；
2）作用方向：按右手螺旋定律；随励磁电流方向变化：↑或↓
3）作用大小：大小与励磁电流成正比；
（3）脉振磁场在气隙上的分布：
假设：励磁绕组轴线上方X=0
① X=00：Bjx =Bmsinωt为N极；
② X=900：Bjx =0；中性界面；
③ X=1800：Bjx =-Bmsinωt为S极；
（4）单相脉振磁场的变化特征
时间t一定，磁场大小沿圆周方向x作余弦分布；位置x一定，磁场的大小随时间作正弦变化（或脉动）。
（5）定子三相绕组的感应电流I 123
假设：①转子绕组Z12轴线（转子励磁磁场B j的作用方向）与定子绕组D14轴线的夹角为θ1；②转子励磁磁场Bj的最大磁通为φm；③定子D1绕组轴线方向—Y，定子D1绕组水平方向—X
转子磁场B j对D 1轴的分解：
D1的轴线方向：B1y=Bjcosq1
D2的垂直方向： B1y=Bjsinq1
转子励磁 B j在定子绕组D 1的有效磁通应为：f1=fmcosq1
Bj三相定子绕组D123上的磁通：

三相绕组的感应电动势E123

三相定子电流的有效值： 三相定子电流的瞬时值：

中线o-o'的电流：
定子绕组的各相磁场B123

三相定子磁场B123的合成磁场
分析方法：
① 沿着转子励磁绕组Z12的轴线作x轴，并在垂直方向作y轴；
②求三相定子绕组磁场B1、B2、B3，沿x轴和y轴方向的分量；

③求 X 、 Y 轴方向的合成磁场
x轴方向合成磁场
y轴方向合成磁场
多相对称绕组的合成磁场B：
作用方向：与励磁磁场Bf 相反；合成磁场
D'123的合成磁场B'
励磁磁场Bj的传递过程 Bj→D123→ D '123→B'
Z'12输出电动势E2
假设：Z12与 D1轴的夹角为θ1；Z '12与D1轴的夹角为θ2；转角差δ=θ2 -θ1 >0 ；
合成磁场B'的方向
B'与Z 12轴的夹角为0；B'与Z'12轴线的夹角为d=q2-q1
B'对 Z'12的有效磁场强度 B'z=B'cos(θ2 -θ1)=B'cosδ
Z'12的输出电动势E2=4.44fWZ'fmcosδ E2max=4.44fWZ'fm
（6）在随动系统中，当输出电势E2 =0（E2=E2maxcosd）时，转子绕组轴线的位置——称为控制式自整角机的 协调位置 。（当δ= 900 ——协调位置，即：Z12⊥ Z'12——位置）
（7）假设：Z12与 D1（或D'1）的 夹 角为θ1；Z'12 与 D'1（或D1)的夹角为θ2；Z'12 与Xt的角度为g； 定义：Z'12转子偏离协调位置X的角度g——称为失调角(可表示E2与转角差δ的大小关系以及转角δ的方向)
实际应用
① 当q2 = 900时，可作为单输入控制；
② 当θ2≠ 900时，可作为双输入控制；
6、 差动控制自整角机
工作原理(励磁磁场Bf的传递)
① Uf →Z12→Bf；
② Bf →D123 →E123 →I123→C123 →B
③ B → C'→E'123→ D'123→I'123→ B'
④ B'→Z'12→E2 →输出电动势；
7、 力矩式自整角机的工作方式ZKF → ZKB 电磁作用原理： q →u→q
第六章 旋转变压器
1、 旋转变压器是一种精密测位用的机电元件，其主要用途：测量元件—测量转角“差”或 “ 和 ”；计算元件—求反三角函数、坐标变换；条件元件—比例电压调节；数据传输—实现 机械转角的远距离传输，用于随动控制系统；
2、 输入与输出关系
定义：转子输出电压u与输入转角θ之间的变化 关系u=f( θ)
当Uf1一定时，u=f( θ)为正余弦函数；
Z12 ——其u=f( θ)具有余弦函数关系，称为余弦绕组；
Z34——其u=f( θ)具有正弦函关系，称为正弦绕组；
3、 空载运行状态
（1） 绕组的接线方式： 定子：D12——接交流励磁电压Uf1，D34——开路，i=0；转子：Z12、Z34—开路，i=0 ；
（2） 空载运行的气隙磁场
Uf1→D12→气隙磁场BD；
磁场BD的特点
磁场BD —— 脉振磁场 ；
磁场强度B方向—— D轴线上；
气隙磁通
（3） 空载运行特性
D12励磁绕组的感应电势ED
电磁作用Uf1→D12→BD→D12→ ED；
感应电势
电压平衡 忽略：
D34励磁绕组的感应电势E34
电磁作用Uf1→D12→BD→D34→E34 =0
由于BD与D34垂直正交，故无感应电势。
Z12余弦绕组的感应电势ER1
电磁作用Uf1 →D12 →BD →Z12 →ER1
Z12输出电势ER1： ER1=ERcosq =kuEDcosq
Z34正弦绕组的感应电势ER2
电磁作用Uf1→D12→BD→Z34 →ER2
Z34输出电势ER2： ER2=ERcos（q+900 ）=-kuEDsinq
（4） 负载运行状态
作用原理Uf1→D12→BD→Z34→ER2→IR2→ BZ
直轴分量BZd的影响：BZd与定子励磁磁场 BD的方向相反；对定子励磁φDm产生去磁作用。
交轴分量BZq的影响：BZq 对正弦绕组 Z34匝链，产生附加电动势Eq34，对其输出的输出电压产生影响（破坏了输出电压与转角的正弦函数关系），是产生畸变的主要原因。
消除畸形的方法 （1）副边补偿 当Z'=ZL时,交 轴磁场BRq可以得到完全补偿，B R1q = -BR2q；当 Uf1和ZL一定，副边电流产生的合成去磁磁场BZd为常数；
（2） 原边补偿 当Z=Zf时，副边交轴磁场BR2q可以得到完全补偿。
（3） 原副边补偿
第七章 交流伺服电动机
1、 基本原理 电磁作用原理：Uj，Uk →旋转B→ Wr→ i× f → F → n
运转工作条件： ∆ n>0 ，0 <s<1
2、 圆形磁场
（1） 两个幅值相等（Bkm=Bjm=Bm），空间和时间相位相差90度的单相脉振磁场的合成，是一个圆形的旋转磁场。
（2） B的转向，取决Bk和Bj相位
（3） B的转速，取决电源频率 f 和定子磁极p
3、 圆形磁场的机械特性
（1） 定义：在圆形磁场作用下，电机的电磁力矩T与电机转速n的关系。
（2） 特性方程
（3） 机械特性曲线 在电源参数U1和f 1一定时，电磁力矩T与转速n或转差率s的变化曲线。
（4） 机械特性的稳定和非稳定区（稳定特性的概念：在系统运行时，其工作状态受外部干扰时是会产生偏离，当干扰消除后，系统能自动回到原有的工作状态。）
1
Sm
0
S
T
Tm
Td
0
nt
n
R3
R2
R1
以临界转差率sm为分界点：
在[0<s<sm] 区间，T=f(n) 呈下降趋势，称稳定工作区
在[sm<s<1] 区间，T=f(n)呈上升趋势，称非稳定工作区
稳 定特 性的 判断方法 ：
当 ∆ T>0 时，∆ n<0，特性稳定；当 ∆ T<0 时，∆ n>0，特性稳定 ；
当 ∆ T>0 时，∆ n>0，特性非稳定；当 ∆ T<0 时，∆ n<0，特性非稳定 ；
保证T=f(n)在0<s<1区间稳定的条件，增大内阻r2，使sm>1
（5） 在不对称状态下：Uj≠Uk

椭圆度的大小：取决α，β的大小；
（6） 脉振磁场单相自转现象：：当Uk= 0, Uj ≠0; n>0的现象（防止单相自转的方法：使转子内阻足够大，sm >1 ；