《電機(jī)與變壓器》課件 第8章 微特電機(jī)

第八章微特電機(jī)教學(xué)目標(biāo)：1．了解微特電機(jī)概況2．掌握單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及機(jī)械特性；3．掌握伺服電動(dòng)機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用范圍；4．掌握測(cè)速發(fā)電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用范圍；5．掌握自整角角機(jī)的結(jié)構(gòu)、分類、工作原理及應(yīng)用；6．掌握旋轉(zhuǎn)變壓器的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用；7．掌握電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性；8．掌握電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性；9．掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、分類、工作原理及特性；10．掌握微型同步電動(dòng)機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及用途。教學(xué)重點(diǎn)：1．單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及機(jī)械特性；2．掌握伺服電動(dòng)機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用范圍；3．測(cè)速發(fā)電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用范圍。教學(xué)難點(diǎn)：1．自整角角機(jī)的結(jié)構(gòu)、分類、工作原理及應(yīng)用；2．旋轉(zhuǎn)變壓器的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用；3．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、分類、工作原理及特性。學(xué)情分析：1．學(xué)生具有變壓器知識(shí)、交、直流電機(jī)知識(shí)；2．學(xué)生具有學(xué)習(xí)現(xiàn)代高科技知識(shí)的興趣與信心。微特電機(jī)概述：

微特電機(jī)通常指的是結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理與常規(guī)電機(jī)不同，且體積和輸出功率較小的微型電機(jī)和特種精密電機(jī)。

一般其外徑不大于130mm，輸出功率從數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦。微特電機(jī)的體積和輸出功率已突破這些范圍，小到外徑僅有0.8mm,軸長(zhǎng)1.2mm,重量?jī)H4mg的微型電動(dòng)機(jī),可以在人的血管中穿行。特種電機(jī)的功率已做到10kW,甚至更大。在現(xiàn)代的生產(chǎn)技術(shù)，空間技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)中使用各種各樣的微特電機(jī)。它們?cè)谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中，計(jì)算裝置中分別作為測(cè)量和比較元件、放大元件、執(zhí)行和解算元件。

第八章微特電機(jī)第一節(jié)微特電機(jī)概述第二節(jié)單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)(手電鉆)第三節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)第四節(jié)測(cè)速發(fā)電機(jī)第五節(jié)自整角機(jī)*第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器*第七節(jié)電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)﹡第八節(jié)電機(jī)擴(kuò)大機(jī)﹡第九節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第十節(jié)微型同步電動(dòng)機(jī)

第一節(jié)微特電機(jī)概述微特電機(jī)概述若按電流分類：------直流和交流兩種。直流微特電機(jī)------電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)交流微特電機(jī)------自整角機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。微特電機(jī)與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)無(wú)原則上的差別，特性也大致相同。但由于用途不同，一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)著重于啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)時(shí)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，而微特電機(jī)著重于輸出量的大小，特性的精確度和快速反應(yīng)。微特電機(jī)的容量一般從數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦，在大功率自動(dòng)控制系統(tǒng)中，容量可達(dá)數(shù)千瓦。它們基本上可分為控制用微特電機(jī)和驅(qū)動(dòng)用微特電機(jī)兩大類。

一、作為控制用的微特電機(jī)1．交直流測(cè)速發(fā)電機(jī)2．自整角機(jī)3．旋轉(zhuǎn)變壓器

1．交直流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓精確地與轉(zhuǎn)速成正比，在系統(tǒng)中用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速或進(jìn)行速度反饋，也可以作為微分、積分的計(jì)算元件。

2．自整角機(jī)自整角機(jī)一般是兩個(gè)以上元件對(duì)接使用，用于角度數(shù)據(jù)測(cè)量中，輸出電壓信號(hào)的屬于信號(hào)元件，輸出轉(zhuǎn)矩的屬于功率元件。自整角機(jī)的基本用途：是角度數(shù)據(jù)傳輸。作為信號(hào)元件時(shí)：輸出電壓是兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子角差的正弦函數(shù)。作為功率元件時(shí)：輸出轉(zhuǎn)矩也近似為兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子角差的正弦函數(shù)。即在隨動(dòng)系統(tǒng)中作為自整步元件或?qū)崿F(xiàn)角度傳輸、變換和接收。

3．旋轉(zhuǎn)變壓器普通旋轉(zhuǎn)變壓器：做成一對(duì)磁極其輸出電壓是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正弦、余弦或其它函數(shù)。主要用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算、也可以作為角度數(shù)據(jù)傳輸和移相元件使用。多極旋轉(zhuǎn)變壓器：是在普通旋轉(zhuǎn)變壓器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種多極的、精度可達(dá)角秒級(jí)的元件。在高精度解算裝置和多通道系統(tǒng)中用作解算和檢測(cè)元件或?qū)崿F(xiàn)數(shù)—模傳遞。二、作為驅(qū)動(dòng)用的微特電機(jī)1．交流和直流伺服電動(dòng)機(jī)2．電機(jī)擴(kuò)大機(jī)3．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4．微型同步電動(dòng)機(jī)5．單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)（換向器電機(jī)）6．電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)1．交流和直流伺服電動(dòng)機(jī)交直流伺服電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，受輸入信號(hào)控制并能做出快速響應(yīng)。其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于控制電壓，機(jī)械特性近于線性，即轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加近似線性下降。使用時(shí)，通常經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)負(fù)載，所以又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。

2．電機(jī)擴(kuò)大機(jī)電機(jī)擴(kuò)大機(jī)可以利用較小的功率輸入來(lái)控制較大的功率輸出，在系統(tǒng)中作為功率放大元件。電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的控制繞組上所加電壓一般不高，勵(lì)磁電流不大，而輸出電動(dòng)勢(shì)較高，電流較大。這個(gè)作用就是功率放大。放大倍數(shù)可達(dá)1000～10000倍，可作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)元件用。3．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電元件。當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，它就前進(jìn)一步，輸出角位移或線位移量與輸入脈沖數(shù)成正比，而轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。在數(shù)控機(jī)床、加工機(jī)械、儀表和辦公自動(dòng)化設(shè)備及家用電器等數(shù)控系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件而得到廣泛應(yīng)用。如BYJ系列減速永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用于空調(diào)器產(chǎn)品中，作為出風(fēng)導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)用的關(guān)鍵部件。4．微型同步電動(dòng)機(jī)微型同步電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速恒定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便的特點(diǎn)。應(yīng)用在自動(dòng)控制和其他需要恒定轉(zhuǎn)速的儀器上。

微型同步電動(dòng)機(jī)5．單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)（換向器電機(jī)）

單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)是交直流兩用的，多數(shù)情況下使用交流電源。由于它具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和軟的機(jī)械特性、廣泛應(yīng)用在電動(dòng)工具中。如手電鉆就采用這種電機(jī)。6．電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)是采用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)。這種電機(jī)可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，是交流無(wú)級(jí)調(diào)速設(shè)備中最簡(jiǎn)單適用的一種。在紡織、印染、造紙等輕工業(yè)機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。三、微特電機(jī)的發(fā)展概況

微特電機(jī)屬于電機(jī)制造工業(yè)中一個(gè)新興部門，它的歷史雖短但發(fā)展迅速。其品種繁多用途各異，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，竟達(dá)3000種以上，是普通電機(jī)所不可比擬的。在國(guó)外，從20世紀(jì)30年代開始，隨著工業(yè)自動(dòng)化、科學(xué)技術(shù)和軍事裝備的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)，其使用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大。美國(guó)交流伺服系統(tǒng)到了20世紀(jì)40年代以后，逐步形成了自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、交直流伺服電動(dòng)機(jī)、交直流測(cè)速發(fā)電機(jī)等一些基本系列。德國(guó)三相混合式步進(jìn)系統(tǒng)20世紀(jì)60年代以后，由于電子技術(shù)、航天等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)控制系統(tǒng)的不斷完善，對(duì)控制電機(jī)的精度和可靠性提出了更高的要求?？刂齐姍C(jī)的品種也日益增多。在原有的基礎(chǔ)上又系列生產(chǎn)出多極自整角機(jī)、多極旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、無(wú)接觸自整角機(jī)、無(wú)接觸旋轉(zhuǎn)變壓器、永磁式直流力矩電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)、空心杯電樞永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)等新機(jī)種。步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器

目前在自動(dòng)化系統(tǒng)中，常用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，而它的輸出設(shè)備中又要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移，即實(shí)現(xiàn)數(shù)—模轉(zhuǎn)換。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作特性完全適合這種要求，因此得到較快發(fā)展。在數(shù)字計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備中，采用自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)了多相自整角機(jī)和多相旋轉(zhuǎn)變壓器，以適應(yīng)這一技術(shù)要求。由于新原理、新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展，使電機(jī)在很多方面突破了傳統(tǒng)的觀念，已研制出一些新原理、新結(jié)構(gòu)的電機(jī)。片809德國(guó)熱敏電阻及熱保護(hù)器如研制成霍爾效應(yīng)的自整角機(jī)及旋轉(zhuǎn)變壓器、霍爾無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)；利用“壓電逆效應(yīng)”研制出壓電直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其步距可達(dá)到0.01-5μm；利用“介質(zhì)極化”研制出駐極體電機(jī)；利用“磁性體的自旋再排列”研制出光電機(jī)；開關(guān)磁阻電機(jī)，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的雙凸極永磁電機(jī)；此外還有電介質(zhì)電動(dòng)機(jī)、靜電電動(dòng)機(jī)、磁致伸縮電機(jī)、仿生電機(jī)；集成電路電動(dòng)機(jī)等。微特電機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)不限于一般的電磁理論，而將與其它學(xué)科相互結(jié)合、相互促進(jìn)。成為一門多種學(xué)科相互滲透的邊緣學(xué)科。研究微特電機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，對(duì)21世紀(jì)自動(dòng)化技術(shù)、電腦技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將具有光輝的前景。第二節(jié)單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)(手電鉆)一、工作原理二、機(jī)械特性三、電樞繞組四、勵(lì)磁繞組單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)是交直流兩用的，由于交流電源易于獲得，大多數(shù)情況下都使用交流電源，稱為交流串勵(lì)整流子式電動(dòng)機(jī)。片810交流串勵(lì)整流子式電動(dòng)機(jī)其原理是建立在直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上的。在電動(dòng)工具中廣泛應(yīng)用著。

單相手電鉆就采用這種電動(dòng)機(jī)，如圖8－1所示。單相手電鉆主要由交直流兩用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、減速箱、快速切斷自動(dòng)復(fù)位手撳式開關(guān)、鉆軋頭等部分組成。

手電鉆電樞及定子一、工作原理

單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)原理和直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣，原理線路如圖8-2(a)所示。勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)，接到直流電源上，根據(jù)主磁通Ф的方向和電樞電流Ia的方向，利用左手定則不難判斷轉(zhuǎn)子將在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這就是直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。

如果將電源極性反過(guò)來(lái)，由于是串勵(lì)，勵(lì)磁電流和電樞電流同時(shí)改變了方向，因此，主磁通和電樞電流方向同時(shí)改變，這時(shí)轉(zhuǎn)矩方向不變，仍使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這仍然是直流電動(dòng)機(jī)。如圖8-2(b)所示。當(dāng)電源極性周期性變化時(shí)，主磁通和電樞電流也隨之周期性變化，轉(zhuǎn)矩方向仍不變，所以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)也可在交流電源上使用。串勵(lì)式整流子電動(dòng)機(jī)是交直流兩用電動(dòng)機(jī)。如圖8-2(c)所示。二、機(jī)械特性單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性機(jī)械，不論采用直流電源或交流電源，與普通直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性相似，有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和軟的機(jī)械特性。其特性曲線如圖8-2(d)所示。因?yàn)閯?lì)磁電流的大小與電樞電流相同，主磁通在磁極磁通未飽和時(shí)與電樞電流成正比增加(

)，轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比(

)。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩很快增大。

單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性最適用于電鉆等電動(dòng)工具的要求。鉆小孔時(shí)，轉(zhuǎn)矩可以小些，但轉(zhuǎn)速可高一些；鉆大孔時(shí)，轉(zhuǎn)矩要求大一些，但轉(zhuǎn)速可以低一些。

這種電機(jī)由于使用交流電源，磁極鐵心將受到交變磁通的作用，鐵心中將產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。為減少這種損耗，鐵心采用硅鋼片疊成。定子鐵心及勵(lì)磁繞組及電樞

交直流兩用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)有較高的轉(zhuǎn)速，而且不受電源頻率的限制，但轉(zhuǎn)速也如直流電動(dòng)機(jī)一樣是可以調(diào)節(jié)的，通常采用雙向晶閘管控制其導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)電源電壓調(diào)速。輕載時(shí)，轉(zhuǎn)速可達(dá)

20000r／min，實(shí)用中轉(zhuǎn)速一般在400～1000r／min。所以電鉆的電機(jī)維修后，要帶減速機(jī)構(gòu)一同試車，以防轉(zhuǎn)子高速“飛車“。

交直流兩用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是：由于有換向器和電刷，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行可靠性差，易發(fā)生故障，維護(hù)檢修較難，運(yùn)行時(shí)有火花產(chǎn)生，對(duì)廣播通訊會(huì)產(chǎn)生影響。

三、電樞繞組手電鉆用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心槽數(shù)Z通常為7-16不等，一般是兩個(gè)磁極，電樞繞組采用雙層，節(jié)距由下式確定，即

Z為雙數(shù)時(shí)一般采用短節(jié)距，電樞繞組可采用疊繞式和對(duì)繞式，疊繞式單數(shù)槽和雙數(shù)槽繞法完全一樣。如槽數(shù)Z=7，節(jié)距y=(7-1)/2=3，繞法如圖8-3所示。首先在第1號(hào)槽和第4號(hào)槽之間繞第一個(gè)元件，再在第2號(hào)槽和第5號(hào)槽間繞第二個(gè)元件，如此下去，最后在第7號(hào)槽和第3號(hào)槽間繞第七個(gè)元件。

Z為單數(shù)時(shí)

對(duì)繞式如圖8-4所示。仍以Z=7為例。首先在第1號(hào)槽與第4號(hào)槽間繞第一個(gè)元件，然后在第4號(hào)槽和第7號(hào)槽之間繞第二個(gè)元件，接著在第7號(hào)槽和第3號(hào)槽之間繞第三個(gè)元件，如此下去，最后在第5號(hào)槽和第1號(hào)槽之間繞第七個(gè)元件。

疊繞式繞法簡(jiǎn)單，但端線長(zhǎng)度不一致，轉(zhuǎn)子繞組端部分布不均勻，必須校正動(dòng)平衡。否則轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)嚴(yán)重。由于端線長(zhǎng)度不一致，由電刷短路的兩條并聯(lián)支路的電流也不平衡。對(duì)繞式可以克服上述缺點(diǎn)，但工藝要求較高。四、勵(lì)磁繞組

手電鉆一般為兩極，定子有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，如圖8-5(a)所示。勵(lì)磁繞組是繞制成型后套在．鐵心上的，如圖8-5(b)所示。電樞有兩條并聯(lián)支路，勵(lì)磁繞組同電樞相串聯(lián)，因而當(dāng)保持電流密度相同時(shí)，勵(lì)磁繞組導(dǎo)線的截面要比電樞繞組的導(dǎo)線截面大，勵(lì)磁繞組導(dǎo)線截面一般是電樞繞組導(dǎo)線截面的2倍。

第三節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)一、交流伺服電動(dòng)機(jī)二、直流伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電動(dòng)機(jī)：伺服電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用較廣的一種驅(qū)動(dòng)用微電機(jī)。它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。它的作用是將電信號(hào)(如電壓的大小)轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度。其最大特點(diǎn)是：①快速響應(yīng)，有控制信號(hào)就旋轉(zhuǎn)，無(wú)控制信號(hào)就停轉(zhuǎn)。②有較大的調(diào)速范圍，轉(zhuǎn)速的大小與控制信號(hào)成正比。伺服電動(dòng)機(jī)可分為交流和直流兩種。小功率的自動(dòng)控制系統(tǒng)多采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，一般功率在30W以下，并且多制成兩極；稍大功率的自動(dòng)控制系統(tǒng)多采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。

一、交流伺服電動(dòng)機(jī)1．結(jié)構(gòu)和分類2．工作原理3．控制方式1．結(jié)構(gòu)和分類交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般單相電容式異步電動(dòng)機(jī)相似。定子繞組繞制成兩相，兩相繞組在空間相差90°電角度。一個(gè)稱為勵(lì)磁繞組L1，另一個(gè)稱為控制繞組LK，如圖8-6所示。勵(lì)磁繞組L1與勵(lì)磁電源聯(lián)接，控制繞組LK

與控制信號(hào)電壓相聯(lián)接。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型和非磁性杯形兩種?；\型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相同，只是轉(zhuǎn)子導(dǎo)體用高電阻率的黃銅、青銅或鑄鋁做成。非磁性杯形轉(zhuǎn)子是用高電阻率的硅錳青銅或錫鋅青銅制成，形狀如茶杯，薄壁，如圖8-7所示。有時(shí)也將其稱為兩相伺服電動(dòng)機(jī)。兩相伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率為0.1～100W，其中最常用的是30W以下的伺服電動(dòng)機(jī)。

為了使兩相伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)控制電壓的變化快速響應(yīng)，要求它有盡量小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和盡量大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并能在控制電壓消除后，處于單相運(yùn)行狀態(tài)下的電機(jī)能迅速停轉(zhuǎn)，克服兩相伺服電動(dòng)機(jī)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。

為了滿足上述要求，兩相伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常有以下兩種結(jié)構(gòu)形式。

(1)非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖8-7所示。通常它的外定子鐵心是由硅鋼片沖制后疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓上開有均勻的齒槽，在定子鐵心槽中嵌放空間相距90°電角度的兩相分布繞組。內(nèi)定子鐵心也是由硅鋼片疊壓而成，一般不放繞組，僅作為磁路的一部分，作用是減少主磁通磁路的磁阻。在內(nèi)定子鐵心的中心處開有內(nèi)孔，轉(zhuǎn)軸從內(nèi)孔中穿過(guò)?？招谋D(zhuǎn)子位于內(nèi)、外定子鐵心之間的氣隙中，并靠其杯底與轉(zhuǎn)軸固定，軸隨空心杯而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)功率不大于1～1.5W時(shí)，因外定子鐵心內(nèi)徑太小，不易嵌線，兩相繞組就不放在外定子上，而是嵌放在內(nèi)定子鐵心的槽中。為使內(nèi)定子鐵心有足夠的空間放置繞組，相應(yīng)要增大其直徑，這樣又會(huì)使轉(zhuǎn)子的直徑加大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大。為了克服這一不足，有時(shí)將兩相繞組分別嵌放在內(nèi)、外定子鐵心上。由于非磁性杯形轉(zhuǎn)子的壁很薄，一般只有0.2～0.8mm，因而具有較大的轉(zhuǎn)子電阻和很小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，又因?yàn)檗D(zhuǎn)子上無(wú)齒槽，所以，其運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小。但是這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)空氣隙較大，勵(lì)磁電流也較大，約占額定電流的80%～90%，致使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，效率也較低，它的體積和重量都要比同容量的籠型伺服電動(dòng)機(jī)大得多。在同樣體積情況下，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要比籠型小得多，因此，采用杯形轉(zhuǎn)子雖然能減小其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但是它的快速響應(yīng)性能并不一定優(yōu)于籠型繞組伺服電動(dòng)機(jī)。因?yàn)榛\型伺服電動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)有抖動(dòng)現(xiàn)象，所以非磁性空心杯轉(zhuǎn)子兩相伺服電動(dòng)機(jī)主要用于要求低噪音及低速平穩(wěn)運(yùn)行的某些系統(tǒng)中。目前我國(guó)生產(chǎn)的這種伺服電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為ADP系列。(2)高電阻率籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖8-8所示。其結(jié)構(gòu)與普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，但為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將轉(zhuǎn)子做成細(xì)而長(zhǎng)的形狀。轉(zhuǎn)子籠的導(dǎo)條和端環(huán)采用高電阻率的導(dǎo)電材料黃銅、青銅等制成，或鑄鋁制成。由于轉(zhuǎn)子回路電阻增大，其特性曲線變軟，如圖8-9中曲線2所示。目前我國(guó)生產(chǎn)的SL系列兩相伺服電動(dòng)機(jī)就采用籠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子這種形式。

2．工作原理

交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相電容式異步電動(dòng)機(jī)相同。

其原理線路圖如圖8-10所示。勵(lì)磁繞組Lr，由勵(lì)磁電壓UL．供電，控制繞組LK由伺服放大器供電。這兩繞組分別通過(guò)相位差為90°電角度的電流時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。3．控制方式對(duì)于兩相伺服電動(dòng)機(jī)，若在兩相對(duì)稱繞組中外加兩相對(duì)稱電壓，便可得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。若兩相電壓因幅值不同，或者相位差不是90°電角度，所得到的便是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。兩相伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制繞組所加的控制電壓UK是變化的。一般說(shuō)來(lái)，得到的是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并由此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。若改變控制電壓的大小或改變它與勵(lì)磁電壓UL之間的相位角，都能使電機(jī)氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的橢圓度發(fā)生變化，從而影響到電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的大小或相位差來(lái)達(dá)到隨時(shí)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式有以下三種。

(1)幅值控制方式這種控制方式是通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的大小來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。而控制電壓UK與勵(lì)磁電壓UL。之間的相位差始終保持90°電角度。當(dāng)控制電壓UK=0時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，即n=0。其接線原理圖如圖8-11所示。(2)相位控制方式這種控制方式是通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的相位，即調(diào)節(jié)控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位角β來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

控制電壓的幅值保持不變。當(dāng)β=0時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，即n=0，接線同上，這種控制方式一般很少采用。(3)幅值—相位控制(或稱電容控制)方式這種控制方式是將勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容C以后，接到穩(wěn)壓電源U1上，其接線圖如圖8-12所示。這時(shí)勵(lì)磁繞組上的電壓UL=U1-UC，而控制繞組上仍外加控制電壓UK,UK的相位始終與U1相同。當(dāng)調(diào)節(jié)控制電壓UK幅值來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用，勵(lì)磁繞組的電流IL亦發(fā)生變化，致使勵(lì)磁繞組的電壓UL及電容C上的電壓UC也隨之變化。這就是說(shuō)，電壓UK和UL的大小及它們之間的相位角β也都隨之改變。所以這是-種幅值和相位的復(fù)合控制方式。

若控制電壓UK=0時(shí)，電機(jī)便停轉(zhuǎn)。這種控制方式實(shí)質(zhì)是利用串聯(lián)電容器來(lái)分相，它不需要復(fù)雜的移相裝置，所以其設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低，成為最常用的一種控制方式。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求是，不允許有自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，靈敏度要高，只要有較小的信號(hào)就啟動(dòng)，信號(hào)消失就立即停轉(zhuǎn)。上述兩種結(jié)構(gòu)均能達(dá)到要求?；\型轉(zhuǎn)子功率可大些，80～100W不等。空心杯轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，靈敏度高，準(zhǔn)確可靠，但功率不大，一般只有幾瓦到十幾瓦。二、直流伺服電動(dòng)機(jī)1．結(jié)構(gòu)和分類2．工作原理3．控制方式4．運(yùn)行特性1．結(jié)構(gòu)和分類(1)傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通直流電動(dòng)機(jī)相同。實(shí)質(zhì)上是一種體積和容量都很小的直流電動(dòng)機(jī)。所不同的是伺服電動(dòng)機(jī)的電樞電流很小，換向并不困難，因此，不裝換向磁極，并且轉(zhuǎn)子做得細(xì)些，使其容易啟動(dòng)和停止。轉(zhuǎn)子與定子間氣隙較小。

分為永磁式和電磁式兩類。如圖

8-13、8-14所示。永磁式的定子磁極是由永久磁鐵做成。目前國(guó)產(chǎn)SY系列即屬此類。電磁式的定子由硅鋼片沖制疊壓而成，定子沖片如圖8-15所示。磁極和磁軛整體相連，電樞繞組和磁極繞組由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，它實(shí)質(zhì)是一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。目前國(guó)產(chǎn)SZ系列屬于此類。電磁式的定子由硅鋼片沖制疊壓而成(2)低慣量型直流伺服電動(dòng)機(jī)①盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖8-16所示。

它的定子是由永久磁鋼和前后磁軛所組成。磁鋼可在圓盤的一側(cè)放置，也可以在兩側(cè)同時(shí)放置。印制電機(jī)

電機(jī)的氣隙位于圓盤的兩側(cè)，圓盤上有電樞繞組，繞組可分為印制繞組和繞線式繞組兩種形式。

印制繞組是采用制造印制電路板相類似的工藝制成的，它可以是單片雙面的，也可以是多片重疊的。

繞線式繞組則是先繞成單個(gè)線圈，然后將繞好的全部線圈沿徑向圓周排列起來(lái)，再用環(huán)氧樹脂澆注成圓盤形。盤形電樞上電樞繞組中的電流是沿徑向流過(guò)圓盤表面，并與軸向磁通相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此，繞組的徑向段為繞組有效部分，彎曲段為端接部分。

在這種電機(jī)中，也常用電樞繞組有效部分的裸體表面兼作換向器，電刷與它直接接觸。②空心杯電樞永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯電樞永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖8-17所示。它是由一個(gè)外定子和一個(gè)內(nèi)定子構(gòu)成定子磁路。通常外定子是由兩個(gè)半圓形的永久磁鋼所組成，內(nèi)定子則為圓形的軟磁材料制成，僅作為磁路的一部分，以減小磁路磁阻。但也有內(nèi)定子由永久磁鋼做成，而外定子采用軟磁材料制成的結(jié)構(gòu)形式。空心杯上的繞組可采用印制式繞組，也可以先繞制成單個(gè)成型線圈，然后將它們沿圓周的軸向排列成空心杯形，再用環(huán)氧樹脂固化成型?？招谋姌兄苯友b在電機(jī)軸上，在內(nèi)外定子之間的空氣隙中旋轉(zhuǎn)。電樞繞組接到換向器上，由電刷引入電流。這種型式的電機(jī)，目前我國(guó)生產(chǎn)的型號(hào)為SYK。空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)③無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心上不開槽，電樞繞組直接排列在鐵心表面，再用環(huán)氧樹脂將繞組與電樞鐵心固化在一起，成為一個(gè)整體。如圖8-18所示。定子磁極可以用永久磁鋼做成，也可以采用電磁式結(jié)構(gòu)。這種電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和電樞繞組的電感均比前面介紹的兩種無(wú)鐵心轉(zhuǎn)子的伺服電機(jī)要大些，因而它的動(dòng)態(tài)性能不如前兩種。目前我國(guó)生產(chǎn)的這種電機(jī)的型號(hào)為SWC。

2．工作原理直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變電樞電壓Ua或改變勵(lì)磁電壓UE，進(jìn)行調(diào)節(jié)。直流伺服電動(dòng)機(jī)也是根據(jù)這個(gè)原理制成的。直流伺服電動(dòng)機(jī)，其基本工作原理都是一樣的。其實(shí)質(zhì)是一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁繞組形成的磁場(chǎng)，與永久磁鋼形成的磁場(chǎng)性質(zhì)是一樣的，即與電樞繞組沒有直接電的聯(lián)系。在給電樞繞組通人直流電時(shí)，電樞繞組中的通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的大小與通電電流大小成正比。當(dāng)勵(lì)磁電壓UL恒定，負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)速與電樞電壓成正比。伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是受電樞電壓控制的，這種特性使其成為自動(dòng)控制中的執(zhí)行元件。3．控制方式圖8-19是直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制原理圖。直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式有兩種，一種是電樞控制，一種是磁極控制。把電樞電壓作為控制信號(hào)即采用改變電樞電壓控制轉(zhuǎn)速的方法稱為電樞控制，如圖8-19(a)所示。把勵(lì)磁繞組電壓作為控制信號(hào)即改變勵(lì)磁繞組電壓控制轉(zhuǎn)速的方法稱為磁場(chǎng)控制或磁極控制，如圖8-19(b)所示。磁場(chǎng)控制只用于功率很小的伺服電動(dòng)機(jī)。

一般直流伺服電動(dòng)機(jī)多采用電樞控制。工作時(shí)，則勵(lì)磁繞組接以恒定勵(lì)磁電壓，電樞與控制信號(hào)電壓UK相接。有控制電壓電樞就轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與控制電壓成正比。沒有控制電壓，電樞就停轉(zhuǎn)，控制電壓反向時(shí)，電樞就反轉(zhuǎn)。

永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)則由永磁磁極勵(lì)磁，控制也只有電樞控制方式。4．運(yùn)行特性電樞控制式直流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖如圖8-20所示。將條件理想化：假設(shè)直流伺服電動(dòng)機(jī)的磁路是不飽和的，電樞反應(yīng)的去磁作用忽略不計(jì)，其電刷又位于幾何中心線，電機(jī)的每相氣隙磁通Φ保持恒定。直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路的電壓平衡方程式為Ua

＝Ea+IaRa

(8—1)

式中Ra—電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻(包括電刷接觸電阻)當(dāng)磁通恒定時(shí)，電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比，即有

(8—2)

依據(jù)直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與各量關(guān)系得

將(8-1)式，(8-2)式，(8-3)式聯(lián)立解之：直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程

由轉(zhuǎn)速公式便可得到直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。(8—3)

(8—4)(8-2)直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與各量關(guān)系得叫作電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速，它相當(dāng)于無(wú)損耗時(shí)的空載轉(zhuǎn)速，即T為0時(shí)的轉(zhuǎn)速。用n0表示Ua/Ce，用α表示Ra/CeCtФ2(1)機(jī)械特性機(jī)械特性是指控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系，即Ua＝常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T間的關(guān)系，即n＝f(T)。由轉(zhuǎn)速公式可畫出直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。將(8-4)式進(jìn)行簡(jiǎn)化，式Ua/CeФ則上式可以寫成

n＝n0-α?T

據(jù)此可以畫出機(jī)械特性曲線如圖8-21所示。機(jī)械特性曲線與橫軸交點(diǎn)為電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)(n＝0)時(shí)的轉(zhuǎn)矩，稱為電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Td。它表示了直流伺服電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。特性曲線的斜率表示伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度。斜率大，硬度軟。如果控制電壓Ua發(fā)生變化，機(jī)械特性曲線將平行移動(dòng)，如圖8-22所示。但是它的斜率保持不變，所以，電樞控制式直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線是一組平行的直線族。

(2)調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系，即T＝常數(shù)時(shí)，n＝f(Ua

)。由(8-4)式便可畫出直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線，如圖8-23所示。它們也是一組平行的直線。這些調(diào)節(jié)特性曲線與橫軸的交點(diǎn)，就表示在某一電磁轉(zhuǎn)矩(略去電動(dòng)機(jī)的空載損耗時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩)時(shí)的始動(dòng)電壓。

若轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，電機(jī)的控制電壓大于相應(yīng)的始動(dòng)電壓，電動(dòng)機(jī)便能啟動(dòng)并能達(dá)到一定轉(zhuǎn)速；

反之控制電壓小于相應(yīng)的始動(dòng)電壓，則這時(shí)電動(dòng)機(jī)所能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩仍小于所需要的轉(zhuǎn)矩值，伺服電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。

所以，在調(diào)節(jié)特性曲線上，從坐標(biāo)原點(diǎn)到始動(dòng)電壓點(diǎn)的這一段橫坐標(biāo)所示的范圍，稱為在某一電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)伺服電動(dòng)機(jī)的失靈區(qū)。顯然，失靈區(qū)的大小與電磁轉(zhuǎn)矩的大小成正比。電樞控制式直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是一組平行的直線。這是直流伺服電動(dòng)機(jī)的突出的優(yōu)點(diǎn)，也是交流伺服電動(dòng)機(jī)所不及的。實(shí)際的直流伺服電動(dòng)機(jī)的特性曲線是一組接近直線的曲線族。直流伺服電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是:機(jī)械性能是線性的，調(diào)速范圍寬廣而平滑，利用電樞控制方式可有直線性的調(diào)速特性，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，反應(yīng)也相當(dāng)靈敏。與同容量的交流伺服電動(dòng)機(jī)相比較，體積和重量可減少到1／2～1／4。直流伺服電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是:有換向器和電刷的滑動(dòng)接觸，常因接觸不良而影響運(yùn)行的穩(wěn)定性，電刷火花會(huì)產(chǎn)生干擾。

第四節(jié)測(cè)速發(fā)電機(jī)一、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)二、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)：測(cè)速發(fā)電機(jī)就是測(cè)量轉(zhuǎn)速的信號(hào)元件，它能把轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號(hào)，在應(yīng)用中，要求它的輸出電壓必須精確地與其轉(zhuǎn)速成正比。測(cè)速發(fā)電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中，通常作為測(cè)速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號(hào)元件。測(cè)速發(fā)電機(jī)可分為兩大類：一類是交流測(cè)速發(fā)電機(jī)；一類是直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。近年來(lái)，已出現(xiàn)采用新原理、新結(jié)構(gòu)研制成的霍爾效應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)。

一、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)

交流測(cè)速發(fā)電機(jī)分為同步和異步兩類。

(1)同步測(cè)速發(fā)電機(jī)可再分為永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式三種。①永磁式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)其實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)單相永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)，定子繞組感應(yīng)的和頻率和交變電動(dòng)勢(shì)大小都隨輸入信號(hào)(轉(zhuǎn)速)大小而變化。即

（8—6）

永磁式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，致使電機(jī)本身的阻抗及負(fù)載阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化。因此，這種測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。盡管其結(jié)果簡(jiǎn)單，又沒有滑動(dòng)接觸，但不適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常只是作為指示用轉(zhuǎn)速計(jì)。（8—7）②感應(yīng)子式測(cè)速發(fā)電機(jī)它是利用定子、轉(zhuǎn)子齒槽位置相對(duì)變化而使輸出繞組中的磁通發(fā)生變化，從而感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，這就是感應(yīng)子測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理。其結(jié)構(gòu)圖如圖8-24所示。定、轉(zhuǎn)子鐵心均由高硅鋼片沖壓成型再疊壓而成。定子內(nèi)圓上有大槽和小槽，大槽與小槽之間放置勵(lì)磁繞組，如圖中A、B所示。在12個(gè)定子齒上分別放置輸出繞組，并將輸出繞組聯(lián)接成三相對(duì)稱繞組。轉(zhuǎn)子外圓周上為24個(gè)均勻齒槽。

當(dāng)勵(lì)磁繞組通人直流電流時(shí)，使定子鐵心磁化為N、S相間的四極磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，定子齒中的磁通不隨時(shí)間變化，定子輸出繞組中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置發(fā)生周期性變化，則使定子齒中的磁通也發(fā)生周期性變化，輸出繞組中便產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。從其結(jié)構(gòu)可以看出，每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，輸出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就變化一個(gè)周期，故輸出電動(dòng)勢(shì)的頻率為式中Z—轉(zhuǎn)子的齒輪；

n—電機(jī)轉(zhuǎn)速；f—頻率。由(8-8)式可知，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速之間有著嚴(yán)格的關(guān)系，所以它屬于同步電機(jī)。其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速成正比，可以作為測(cè)速發(fā)電機(jī)使用。

(8—8)

但其電動(dòng)勢(shì)的頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，致使負(fù)載阻抗和電機(jī)本身的阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化。如同永磁式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)一樣，也不宜在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作交流測(cè)速發(fā)電機(jī)。

通常采用二極管對(duì)這種測(cè)速發(fā)電機(jī)的三相輸出電流進(jìn)行橋式整流后，取其直流輸出電壓作為速度信號(hào)而用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。

這種電機(jī)因?yàn)檗D(zhuǎn)子齒數(shù)較多，所以輸出電壓的頻率甚高，再經(jīng)過(guò)三相橋式整流，使直流輸出電壓中的波紋頻率很高，再配以適當(dāng)?shù)臑V波措施后，其直流輸出電壓相當(dāng)平穩(wěn)。

這樣，將感應(yīng)子式測(cè)速發(fā)電機(jī)和整流濾波電路結(jié)合后，可作為一臺(tái)性能良好的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)使用。但這種測(cè)速發(fā)電機(jī)的直流輸出電壓極性是由整流電路所決定的，與電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向無(wú)關(guān)，實(shí)際使用中的缺點(diǎn)是不能測(cè)旋轉(zhuǎn)方向。

③脈沖式測(cè)速發(fā)電機(jī)脈沖式測(cè)速發(fā)電機(jī)與感應(yīng)子式測(cè)速發(fā)電機(jī)基本原理相同。它是以脈沖頻率作為輸出信號(hào)的。這種發(fā)電機(jī)因輸出電壓的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格的正比關(guān)系，所以也屬于同步電機(jī)類型。其特點(diǎn)是輸出信號(hào)的頻率相當(dāng)高，即使在較低的轉(zhuǎn)速下，也能輸出較多的脈沖數(shù)。因此，以脈沖個(gè)數(shù)表示的速度分辨率就比較高，它適用于速度較低的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(2)異步測(cè)速發(fā)電機(jī)有籠型轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種。①異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)目前使用最廣泛的一種是杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖8-25所示。其結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子的交流異步伺服電動(dòng)機(jī)相似。測(cè)速發(fā)電機(jī)的杯形轉(zhuǎn)子也是用高電阻率材料制成的(如磷青銅，硅錳青銅或錫鋅青銅)。杯的壁厚為0.2～0.3mm。杯形轉(zhuǎn)子可在內(nèi)外兩定子間旋轉(zhuǎn)。定子用導(dǎo)磁材料做成，定子上嵌有在空間相差90°電角度的兩組繞組。一組為勵(lì)磁繞組，另一組為輸出繞組。

對(duì)機(jī)座外殼直徑小于28mm的電機(jī)，兩繞組均放在內(nèi)定子上。外定子是一個(gè)無(wú)槽的鐵心。對(duì)機(jī)座的外殼須等于或大于36mm的電機(jī)，常把勵(lì)磁繞組放在外定子上，把輸出繞組放在內(nèi)定子上。在內(nèi)定子上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，可調(diào)節(jié)內(nèi)、外定子的相對(duì)位置，以使剩余電壓為最小。目前，我國(guó)生產(chǎn)的這種測(cè)速發(fā)電機(jī)，其型號(hào)為CK。還有S-C系列交流伺服—交流測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)組。②工作原理圖8-26是杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理圖。勵(lì)磁繞組LE和輸出繞組LY安放在定子上。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，勵(lì)磁繞組通人單相交流電，產(chǎn)生一個(gè)軸線與LY所在平面重合的脈動(dòng)磁通ΦE，見圖8-26(a)。脈動(dòng)磁通ΦE在轉(zhuǎn)子中引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流(電磁感應(yīng)原理)，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生磁通ΦN，ΦN的軸線與ΦE的軸線重合。ΦE、ΦN兩個(gè)磁場(chǎng)的軸線都在繞組LY的平面內(nèi)，沒有磁通穿過(guò)繞組LY，所以LY不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒有電壓輸出。異步測(cè)速發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

當(dāng)轉(zhuǎn)子被測(cè)量對(duì)象拖轉(zhuǎn)之后，轉(zhuǎn)子與脈動(dòng)磁場(chǎng)ΦE有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子切割ΦE而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電流產(chǎn)生磁通ΦN，這時(shí)的ΦN軸線不再與ΦE的軸線相重合，而是互相垂直，如圖8-26(b)所示。這時(shí)ΦN垂直穿過(guò)輸出繞組LY，因此LY有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，也就有信號(hào)電壓輸出。輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)速n基本成正比。其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為式中Ce—電機(jī)常數(shù)；

ΦN—轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生磁通的幅值；

n—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。(8—9)異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性曲線：如輸出端接有負(fù)載Z，用電壓表測(cè)出負(fù)載電壓就可以知道相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值。負(fù)載Z的性質(zhì)變化(如容性、阻性、感性)將引起測(cè)量誤差，實(shí)際中選用適當(dāng)?shù)淖枞菪载?fù)載可以使輸出電壓與轉(zhuǎn)速保持線性關(guān)系。轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓的相位也相反，反映輸出電壓與轉(zhuǎn)速n之間關(guān)系的曲線稱為輸出特性曲線，如圖8-27所示。這就是異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本工作原理。輸出電動(dòng)勢(shì)E與正比于轉(zhuǎn)子的速n：當(dāng)電機(jī)的勵(lì)磁繞組外施恒頻恒壓的交流電源Uf時(shí)，便有電流If通過(guò)勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生以電源頻率f變化的脈振磁通。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，轉(zhuǎn)子切割此脈振磁通，在轉(zhuǎn)子杯中產(chǎn)生同頻率的脈振電動(dòng)勢(shì)與電流，于是輸出繞組也產(chǎn)生同頻率的脈振電動(dòng)勢(shì)和脈振電流。異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電動(dòng)勢(shì)E的頻率即為勵(lì)磁電源的頻率f，而與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小無(wú)關(guān)，但輸出電動(dòng)勢(shì)E的大小卻正比于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n。異步測(cè)速發(fā)電機(jī)克服了同步測(cè)速發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，使負(fù)載阻抗Z不會(huì)因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生變化。因此，空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。二、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)1．分類和結(jié)構(gòu)2．工作原理3．直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性2．工作原理直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同。轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器，用電刷與測(cè)量?jī)x表相聯(lián)。轉(zhuǎn)子被所要測(cè)量的機(jī)械拖動(dòng)。電樞中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小與轉(zhuǎn)速成正比。從電動(dòng)勢(shì)的大小就可知轉(zhuǎn)速。如圖8-28所示。電樞繞組在恒定磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，切割磁通，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由兩電刷引出的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

空載時(shí)，電樞電流Ia=0，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓和電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，由(8-10)式可知，輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。(8—10)負(fù)載時(shí)，電樞電流，直流測(cè)發(fā)發(fā)電機(jī)的輸出電壓為式中Ra—電樞回路總電阻。負(fù)載時(shí)，電樞電流

式中Rf—測(cè)速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻。將(8-12)式代入(8-11)式可得則測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓

又因?yàn)?/p>

得當(dāng)Ra、Φ、Ce及負(fù)載電阻Rf均為常數(shù)時(shí)，則比值用C表示，C為測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性的斜率。（8—12）(8—11)(8—13)(8—14)固定。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性

由此可知，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性仍是一組直線，如圖8-29所示。從(8-14)式和圖中可以看出，對(duì)于不同的負(fù)載電阻Rf，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性的斜率與就不相同，它將隨負(fù)載電阻Rf的減小而減小。：3．直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性實(shí)際上直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間并不是保持嚴(yán)格的正比關(guān)系。其輸出特性如圖8-29中虛線所示。產(chǎn)生這種非線性誤差原因有三：(1)電樞反應(yīng)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞與普通直流發(fā)電機(jī)一樣；當(dāng)其有負(fù)載時(shí)，具有電樞反應(yīng)的去磁作用，電機(jī)的氣隙磁通不再是常數(shù)，它將隨負(fù)載的大小(電樞電流Ia的大小)而改變。實(shí)際上氣隙合成磁通是減少的，因而使輸出電壓呈下降趨勢(shì)。

為了改善輸出特性，必須減少或削弱電樞反應(yīng)的去磁作用，盡量使電機(jī)的氣隙磁通保持不變。通常采取以下三條措施：第一、對(duì)電磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，在定子磁極上安裝補(bǔ)償繞組；第二，在設(shè)計(jì)時(shí)，選取較小的線負(fù)荷，并適當(dāng)加大電機(jī)的氣隙；第三，使用時(shí)，負(fù)載電阻不應(yīng)小于規(guī)定值，使電樞電流不致過(guò)大。(2)電刷接觸壓降由于電刷接觸電阻的非線性，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，電樞電流也較小時(shí)，電刷接觸電阻較大，這時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓變小。只有當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，電樞電流較大時(shí)，電刷接觸壓降才可以認(rèn)為是常數(shù)?？紤]到電刷接觸壓降的影響，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線如圖8-30所示。在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，電機(jī)的輸出特性曲線初始端出現(xiàn)一曲線區(qū)域，在這一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，測(cè)速發(fā)電機(jī)雖然有輸入信號(hào)(轉(zhuǎn)速)，但輸出電壓甚低，不成正比例，將此區(qū)域稱為不靈敏區(qū)。由于電樞反應(yīng)和電刷接觸壓降對(duì)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓的影響，它在低速時(shí)，存在著不靈敏區(qū)，在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，又向下彎曲。轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過(guò)產(chǎn)品的最大線性工作轉(zhuǎn)速。

為了減小電刷接觸壓降的影響，縮小不靈敏區(qū)，采用接觸壓降小的銅―石墨電刷、銅電刷，或在電刷與換向器接觸的表面上鍍有銀層。

(3)溫度的影響在電磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)中，因勵(lì)磁繞組中長(zhǎng)期通過(guò)電流而發(fā)熱，繞組阻值隨之增大，致使勵(lì)磁電流減小，由此而引起電機(jī)氣隙磁通Ф下降，導(dǎo)致電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和輸出電壓減小。經(jīng)計(jì)算表明，銅繞組溫度每升高25℃，其電阻值相應(yīng)增大10%。為了減小溫度對(duì)勵(lì)磁電流的影響，實(shí)際使用時(shí)可在直流測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組回路中串聯(lián)一個(gè)較大電阻值的，且溫度系數(shù)低的附加電阻。可用康銅或錳銅材料繞制而成。這樣，當(dāng)勵(lì)磁繞組溫度升高時(shí)，它的電阻值雖然有所增加，但勵(lì)磁回路總阻值卻變化很小，勵(lì)磁電流幾乎不變。缺點(diǎn)是，采用附加電阻，相應(yīng)勵(lì)磁電源的電壓升高，勵(lì)磁功率隨之增大。轉(zhuǎn)速值的讀出與測(cè)量的準(zhǔn)確性：當(dāng)負(fù)載電流小時(shí)，內(nèi)部電壓降也小，電樞反應(yīng)也小，輸出端電壓與電動(dòng)勢(shì)基本相等。輸出端電壓與轉(zhuǎn)速成正比，可將轉(zhuǎn)速值直接刻在電壓表上讀出。如果通過(guò)儀表的電流過(guò)大，即發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流大，則內(nèi)電壓降增大，電樞反應(yīng)也增大，這時(shí)電壓與轉(zhuǎn)速不能嚴(yán)格地成正比，測(cè)量將產(chǎn)生誤差。所以測(cè)量?jī)x表必須是高阻抗的，使電流盡量減小，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)主要缺點(diǎn)是電刷與換向器的接觸問(wèn)題。往往因?yàn)榻佑|不良而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，比交流測(cè)速發(fā)電機(jī)高約20倍，沒有相位誤差；正負(fù)極能夠反映出轉(zhuǎn)動(dòng)方向。因此，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)多在要求較高的測(cè)速系統(tǒng)中采用。*第五節(jié)自整角機(jī)一、自整角機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)二、自整角機(jī)的工作原理及應(yīng)用自整角機(jī)概述：

自整角機(jī)是一種感應(yīng)式電機(jī)元件。

是一種對(duì)角位移或角速度的偏差能自動(dòng)整步的控制電機(jī)。

它被廣泛應(yīng)用于隨動(dòng)系統(tǒng)中，作為角度的傳輸、變換和指示。

自整角機(jī)的作用是通過(guò)兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)在電路上的聯(lián)系，使機(jī)械上互不相聯(lián)的兩根或多根轉(zhuǎn)軸能夠自動(dòng)地保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主令軸上裝的自整角機(jī)稱為發(fā)送機(jī)，產(chǎn)生信號(hào)。

從動(dòng)軸上裝的自整角機(jī)稱為接收機(jī)，接受信號(hào)。一、自整角機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)1．自整角機(jī)的分類2．自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品名稱新代號(hào)老代號(hào)產(chǎn)品名稱新代號(hào)控制式自整角發(fā)送機(jī)ZKFKF,ZK控制無(wú)接觸自整角變壓器ZBW控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)ZKCKCF,ZD力矩式無(wú)接觸自整角發(fā)送機(jī)ZFW控制式自整角變壓器ZKBKB,ZB力矩式無(wú)接觸自整角接收機(jī)ZJW力矩式自整角發(fā)送機(jī)ZLFLF,ZF多極自整角發(fā)送機(jī)ZFD力矩式差動(dòng)發(fā)送機(jī)ZCFLCF,ZC多極自整角變壓器ZBD力矩式自整角接收機(jī)ZLJLJ,ZJ雙通道自整角發(fā)送機(jī)ZFS控制力矩式自整角機(jī)ZKLLK雙通道自整角變壓器ZBS控制無(wú)接觸自整角發(fā)送機(jī)ZKW力矩式自整角接收機(jī)ZCJ1．自整角機(jī)的分類自整角機(jī)按其使用的要求：可分為力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)兩類。表8—1自整角機(jī)的種類及其代號(hào)(1)力矩式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)主要用于指示系統(tǒng)中。這類自整角機(jī)的特點(diǎn)是：本身不能放大力矩，要帶動(dòng)接收機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載，必須由自整角發(fā)送機(jī)一方的驅(qū)動(dòng)裝置供給轉(zhuǎn)矩。力矩式自整角機(jī)只適用于：接收機(jī)軸上負(fù)載很輕(如指針、刻度盤)，角度轉(zhuǎn)換精度要求不很高的控制系統(tǒng)中，如遠(yuǎn)距離指示液面的高度、閥門的開度、電梯和礦井提升機(jī)的位置、變壓器的分接開關(guān)的位置等。力矩式自整角機(jī)按其用途可分為四種。①力矩式發(fā)送機(jī)

它主要與力矩式接收機(jī)和力矩式差動(dòng)接收機(jī)一起工作。其作用是將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出。目前我國(guó)生產(chǎn)的力矩式自整角發(fā)送機(jī)其型號(hào)為ZLF。②力矩式接收機(jī)

它主要與力矩式發(fā)送機(jī)和力矩式差動(dòng)發(fā)送機(jī)一起工作。其作用是將發(fā)送機(jī)的電信號(hào)接收后，使其轉(zhuǎn)子自動(dòng)地轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)于發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，或使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度對(duì)應(yīng)于發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子和差動(dòng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的和(或差)。目前，我國(guó)生產(chǎn)的力矩式自整角接收機(jī)其型號(hào)為ZLJ。③力矩式差動(dòng)發(fā)送機(jī)

它串接于力矩式發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間，將發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角及其自身轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之和(或差)變換成電信號(hào)，傳輸給接收機(jī)。目前，我國(guó)生產(chǎn)的力矩式差動(dòng)自整角發(fā)送機(jī)其型號(hào)為ZCF。④力矩式差動(dòng)接收機(jī)

它串接于兩臺(tái)力矩式發(fā)送機(jī)之間，接收它們輸出的電信號(hào)，使其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為兩臺(tái)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之和(或差)。目前，我國(guó)生產(chǎn)的力矩式差動(dòng)自整角接收機(jī)型號(hào)為ZCJ。(2)控制式自整角機(jī)控制式自整角機(jī)主要應(yīng)用于：由自整角機(jī)和伺服機(jī)構(gòu)組成的隨動(dòng)系統(tǒng)中。這類自整角機(jī)的特點(diǎn)是：其接收機(jī)轉(zhuǎn)軸不直接帶動(dòng)負(fù)載，即沒有力矩輸出。而當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子之間存在角位差(即失調(diào)角)時(shí)，在接收機(jī)上將有與此失調(diào)角呈正弦函數(shù)關(guān)系的電壓輸出。此電壓經(jīng)放大器放大后再加到伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組中，使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使失調(diào)角減小，直到失調(diào)角為零，使接收機(jī)上的輸出電壓為0，伺服電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。控制式自整角機(jī)其驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力取決于系統(tǒng)中的伺服電動(dòng)機(jī)的容量，與自整角機(jī)無(wú)關(guān)?？刂剖阶哉菣C(jī)組成的是閉環(huán)系統(tǒng)，因此精度較高。控制式自整角機(jī)按其用途可分為三種。①控制式自整角發(fā)送機(jī)它主要用來(lái)與控制式自整角接收機(jī)或控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)一起工作。其作用是將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出。目前，我國(guó)生產(chǎn)的控制式自整角發(fā)送機(jī)其型號(hào)為

ZKF。②控制式自整角接收機(jī)

它主要用來(lái)與控制式發(fā)送機(jī)及控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)一起工作。其作用是接收從控制式發(fā)送機(jī)或控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)送來(lái)的電信號(hào)，使之變成與失調(diào)角呈正弦函數(shù)關(guān)系的輸出電壓。目前，我國(guó)生產(chǎn)的控制式自整角接收機(jī)其型號(hào)為ZKB。③控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)

它串接于控制式發(fā)送機(jī)與控制式自整角接收機(jī)之間，將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角及其自身轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之和(或差)變換成電信號(hào)，送入自整角接收機(jī)。目前，我國(guó)生產(chǎn)的控制式差動(dòng)自整角發(fā)送機(jī)其型號(hào)為ZKC。2．自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)自整角機(jī)按結(jié)構(gòu)形式不同：可分為無(wú)接觸式和接觸式兩大類。

(1)無(wú)接觸式無(wú)接觸式?jīng)]有電刷與滑環(huán)間的滑動(dòng)接觸，具有可靠性高、壽命長(zhǎng)、不產(chǎn)生無(wú)線電干擾等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電氣性能較差。

(2)接觸式接觸式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，性能較好，使用較為廣泛。我國(guó)自行設(shè)計(jì)的自整角機(jī)系列均為接觸式自整角機(jī)，并為封閉式，單軸伸。該系列共有12，20，28，36，45，55，70，90，110，130十個(gè)機(jī)座號(hào)。除12號(hào)機(jī)座外徑為12.5mm外，其余各機(jī)座號(hào)均以外徑尺寸(mm)表示。20號(hào)機(jī)座以下電機(jī)采用“一刀通”結(jié)構(gòu)，如圖8-31所示，即定子鐵心內(nèi)圓與軸承孔為同一尺寸。

20號(hào)以上的電機(jī)采用裝配式結(jié)構(gòu)，如圖8-32所示。

(1)力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)力矩式自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)大都采用兩極的凸極式結(jié)構(gòu)，只有在頻率較高而尺寸又較大的力矩式自整角機(jī)中才采用隱極式結(jié)構(gòu)。如圖8-33所示。力矩式自整角機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子鐵心均由高磁導(dǎo)率、低損耗的薄硅鋼片沖制后，經(jīng)涂漆、涂膠，疊裝而成。其單相繞組作為勵(lì)磁繞組，做成集中繞組的形式，直接套在凸極鐵心上。工作時(shí)，接入單相交流電源勵(lì)磁。三相繞組稱為整步繞組。將其做成分布繞組的形式并接成星形，放置在鐵心的槽內(nèi)。力矩式自整角機(jī)可以在定子鐵心上放置三相整步繞組，轉(zhuǎn)子凸極鐵心上放置單相勵(lì)磁繞組，并由兩組滑環(huán)和電刷引出。如圖8-33(a)所示。我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的ZLF、ZLJ系列力矩式發(fā)送機(jī)、接收機(jī)大都采用這種結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、滑環(huán)數(shù)少、摩擦力矩小、精度較高、可靠性也較高。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：電刷、滑環(huán)通過(guò)勵(lì)磁電流，特別是停轉(zhuǎn)時(shí)，容易造成電刷和滑環(huán)固定接觸處長(zhǎng)期有電流流過(guò)，導(dǎo)致發(fā)熱，使滑環(huán)損壞。所以這種結(jié)構(gòu)適用于較小容量的指示式遠(yuǎn)距離角度傳輸系統(tǒng)中。

同樣，也可將單相勵(lì)磁繞組放置在定子凸極鐵心上，三相整步繞組放置在轉(zhuǎn)子隱極鐵心上，并由三組滑環(huán)和電刷引出。如圖8-33(b)所示。我國(guó)生產(chǎn)的DI、SS系列自整角機(jī)(老產(chǎn)品)中的力矩式發(fā)送機(jī)、接收機(jī)都采用這種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)子的滑環(huán)與電刷僅當(dāng)系統(tǒng)中存在失調(diào)角時(shí)，即自整角機(jī)轉(zhuǎn)子處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)才有電流通過(guò)，滑環(huán)的工作條件較好。此外，轉(zhuǎn)子采用隱極鐵心，上面放置三相整步繞組，其平衡狀態(tài)好。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子重量大，滑環(huán)數(shù)目增為三組，摩擦力矩大，因而影響精度。這種構(gòu)造適用于容量較大的力矩式自整角機(jī)中。

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力矩式自整角機(jī)的全隱極式結(jié)構(gòu)，如圖8-33(c)所示。通常將三相整步繞組放置在定子鐵心上，而將勵(lì)磁繞組放置在轉(zhuǎn)子鐵心上，并由兩組電刷、滑環(huán)引出。為了提高整步轉(zhuǎn)矩，力矩式自整角機(jī)在轉(zhuǎn)子上通常裝設(shè)交軸阻尼繞組。對(duì)接收機(jī)來(lái)說(shuō)，阻尼繞組還可以消除轉(zhuǎn)子的振蕩、減少阻尼時(shí)間。(2)控制式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)控制式自整角機(jī)分為發(fā)送機(jī)和接收機(jī)兩大類。其接收機(jī)與力矩式接收機(jī)不同，它不直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載，而只是輸出電壓信號(hào)，其工作情況如同變壓器，通常稱其為自整角變壓器。①控制式自整角發(fā)送機(jī)

控制式自整角發(fā)送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和力矩式自整角發(fā)送機(jī)很相近，可以采用凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可以采用隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)子上放置單相勵(lì)磁繞組。但勵(lì)磁繞組的匝數(shù)較多?？刂剖阶哉前l(fā)送機(jī)比力矩式發(fā)送機(jī)有較高的空載輸入阻抗，因此，控制式發(fā)送機(jī)繞組的阻抗較大，當(dāng)有較大電流通過(guò)時(shí)，繞組容易發(fā)熱，而使發(fā)送機(jī)溫度升高。②控制式自整角變壓器

自整角變壓器采用隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，并在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)單相高精度的正弦繞組作為輸出繞組。自整角變壓器的定子鐵心上，同樣放置三相整步繞組。因三相整步繞組匝數(shù)較多，選取的磁感應(yīng)強(qiáng)度又較低，所以它具有較高的空載輸入阻抗。自整角變壓器工作時(shí)，輸出繞組必須接有高阻抗負(fù)載，以避免輸出繞組的電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)引起輸出電動(dòng)勢(shì)的變化。二、自整角機(jī)的工作原理及應(yīng)用1．力矩式自整角機(jī)的工作原理及應(yīng)用2．控制式自整角機(jī)的原理及應(yīng)用1．力矩式自整角機(jī)的工作原理及應(yīng)用圖8-34所示的是力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)的工作原理圖。它是兩臺(tái)完全相同的力矩式自整角機(jī)的接線圖。右方一臺(tái)為接收機(jī)，左方一臺(tái)為發(fā)送機(jī)。它們轉(zhuǎn)子上的單相勵(lì)磁繞組接到同一單相電源上。定子上的三相整步繞組出線端按序依次聯(lián)接。

當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)Θ2則失調(diào)角Θ不為零，在自整角機(jī)中出現(xiàn)整步力矩，力圖使失調(diào)角機(jī)的轉(zhuǎn)子與主令軸剛性聯(lián)接，不能任意轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，整步力矩迫使接收機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)Θ2角，則失調(diào)角趨于零。在主令軸與從動(dòng)軸之間，猶如有一根無(wú)形的軸，使從動(dòng)軸跟著主令軸旋轉(zhuǎn)，保持角時(shí)，而接收機(jī)的轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)(

=0)，整角機(jī)一旦出現(xiàn)失調(diào)角，便有自整步的能力。自整角機(jī)的工作原理：在自整角機(jī)中，通常以U相整步繞組和勵(lì)磁繞組兩軸線間的夾角作為轉(zhuǎn)子的位置角。這時(shí)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的位置角為Θ1，接收機(jī)轉(zhuǎn)子的位置角為Θ2，則失調(diào)角為Θ=Θ1-Θ2=0，即保持同步。力矩式自趨于發(fā)送自整步能力的物理過(guò)程：

簡(jiǎn)要說(shuō)明這種自整步能力的物理過(guò)程，假定自整角機(jī)磁路不飽和。

由于發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的勵(lì)磁繞組接在同一單相脈振電源上勵(lì)磁，它們各自產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)。若發(fā)送機(jī)的主令軸帶動(dòng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，便在三相整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

此三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與接收機(jī)的三相整步繞組對(duì)應(yīng)接通，在接收機(jī)的三相繞組中便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組磁場(chǎng)互相作用，使接收機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在整步繞組中也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小、方向與發(fā)送機(jī)的相反，起到反電動(dòng)勢(shì)的作用。若不相等，則出現(xiàn)環(huán)流，有環(huán)流，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)，到無(wú)環(huán)流為止。這時(shí)接收機(jī)的位置角與發(fā)送機(jī)的位置角相等，失調(diào)角為零，從而實(shí)現(xiàn)了角度的傳輸。

究其實(shí)質(zhì)，發(fā)送機(jī)為以單相電源為勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出與單相電源相適應(yīng)的三相電動(dòng)勢(shì)供給接收機(jī)，接收機(jī)是以單相電源為勵(lì)磁的，以發(fā)送機(jī)三相電動(dòng)勢(shì)為電源的同步電動(dòng)機(jī)。因此兩電機(jī)保持同步運(yùn)轉(zhuǎn)，完成了角度傳輸?shù)娜蝿?wù)。自整角機(jī)的電磁關(guān)系如圖8—35(a)(b)所示。

力矩式自整角機(jī)主要用于角度傳輸?shù)闹甘鞠到y(tǒng)：

作為位置指示器，如圖8-35（c）所示，表示液面位置指示器，浮子隨著液面的上升或下降，通過(guò)繩索帶動(dòng)自整角發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，將液面位置轉(zhuǎn)換成發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間再通過(guò)導(dǎo)線遠(yuǎn)距離聯(lián)接起來(lái)，于是自整角接收機(jī)的轉(zhuǎn)子就帶動(dòng)指針準(zhǔn)確地隨著發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角變化而偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的位置指示。這種系統(tǒng)還可以用于電梯和礦井提升機(jī)位置的指示及核反應(yīng)堆中的控制棒指示器等裝置中。由力矩式自整角發(fā)送機(jī)和接收機(jī)組成的隨動(dòng)系統(tǒng)：若將接收機(jī)安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)中，而發(fā)送機(jī)可裝設(shè)在遠(yuǎn)距離的操縱盤上，作為調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。2．控制式自整角機(jī)的原理及應(yīng)用控制式自整角機(jī)的接線圖如圖8-36所示。發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子以單相交流電源勵(lì)磁，定子上三相同步繞組分別與接收機(jī)的三相同步繞組對(duì)應(yīng)聯(lián)接，而接收機(jī)轉(zhuǎn)子單相繞組---即輸出繞組通常接至放大器的輸入端，放大器的輸出端再接到交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組(或直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞繞組)。

當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子與單相勵(lì)磁電源接通時(shí)，產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)，按變壓器原理，定子三相對(duì)稱繞組都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這三相電動(dòng)勢(shì)頻率相同，相位相同，但由于與轉(zhuǎn)子繞組耦合的位置不同，三相電動(dòng)勢(shì)的幅值不同。三相電動(dòng)勢(shì)分別產(chǎn)生三相電流流經(jīng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的定子三相繞組。

在接收機(jī)定子三相繞組中產(chǎn)生三相脈振磁動(dòng)勢(shì)，并合成一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)。此時(shí)接收機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線基準(zhǔn)位置與定子同步繞組合成的脈振磁動(dòng)勢(shì)的軸線成90°電角度。因此，合成的脈振磁動(dòng)勢(shì)不會(huì)使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓為零。

當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子被主令軸驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)了一個(gè)角度時(shí)，轉(zhuǎn)子的脈振磁動(dòng)勢(shì)的方向發(fā)生了變化。在發(fā)送機(jī)三相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生了變化，使接收機(jī)定子三相繞組中的合成磁動(dòng)勢(shì)方向也發(fā)生了變化。

使接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中有電流流過(guò)，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，有了輸出電壓，通過(guò)放大裝置，使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子失調(diào)角減小。達(dá)到接收機(jī)無(wú)輸出電壓，達(dá)到與發(fā)送機(jī)的位置協(xié)調(diào)，稱為協(xié)調(diào)位置。

接收機(jī)的輸出繞組有輸出電壓時(shí)，稱為失調(diào)狀態(tài)。處于失調(diào)狀態(tài)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)便動(dòng)作，使之達(dá)到協(xié)調(diào)位置，保持與發(fā)送機(jī)同步動(dòng)作。

控制式自整角機(jī)在自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)中應(yīng)用的一個(gè)例子，如圖8-37所示。它將接收機(jī)輸出繞組的輸出電壓經(jīng)放大器3放大后，加到兩相可調(diào)伺服電動(dòng)機(jī)4的控制繞組C上，使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速器5使接收機(jī)及調(diào)節(jié)對(duì)象6一起轉(zhuǎn)動(dòng)，直至使失調(diào)角為零，輸出電壓為零，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，系統(tǒng)達(dá)到新的平衡位置。從動(dòng)軸就能自動(dòng)跟蹤主令軸偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)(火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)就是采用控制式自整角變壓器的同步系統(tǒng)應(yīng)用的一例)。采用控制式自整角變壓器的同步系統(tǒng)：其優(yōu)點(diǎn)在于：輸出電壓可通過(guò)放大器得到功率放大，從而控制功率較大的伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)阻力矩相當(dāng)大的從動(dòng)軸或調(diào)節(jié)對(duì)象，它廣泛地應(yīng)用于遙測(cè)、遙控系統(tǒng)中。它的缺點(diǎn)是：增加放大和伺服環(huán)節(jié)，使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜化。*第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器一、旋轉(zhuǎn)變壓器的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理三、線性旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器概述：旋轉(zhuǎn)變壓器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種精密控制微電機(jī)。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)變壓器一次側(cè)外施單相交流電壓勵(lì)磁時(shí)，其二次側(cè)的輸出電壓將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角嚴(yán)格保持某種函數(shù)關(guān)系。在控制系統(tǒng)中，它可以作為解算元件，用于坐標(biāo)變換，三角運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除、乘方和開方等數(shù)學(xué)運(yùn)算；在隨動(dòng)系統(tǒng)中，它可代替控制式自整角機(jī)，作為信號(hào)元件傳輸與機(jī)械角度有關(guān)的電信號(hào)；在數(shù)—碼變換裝置中，它可以作為電感移相器來(lái)使用。一、旋轉(zhuǎn)變壓器的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．旋轉(zhuǎn)變壓器的分類2．旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．旋轉(zhuǎn)變壓器的分類若按有無(wú)電刷和滑環(huán)的滑動(dòng)接觸來(lái)分：可分為接觸式和無(wú)接觸式兩種。在無(wú)接觸式中可再分為：有限轉(zhuǎn)角和無(wú)限轉(zhuǎn)角兩種。通常在無(wú)特別說(shuō)明時(shí)，均指接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器。若按電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)多少來(lái)分：可分為單極對(duì)和多極對(duì)兩種。通常在無(wú)特別說(shuō)明時(shí)，均指單極對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器。在高精度雙通道系統(tǒng)中則采用電氣變速的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器。若按它的使用要求來(lái)分：可分為用于解算裝置的旋轉(zhuǎn)變壓器和用于隨動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器。通常以此分類居多。(1)用于解算裝置中的旋轉(zhuǎn)變壓器可分為以下四種基本形式：①正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器當(dāng)它的一次側(cè)外施單相交流電源勵(lì)磁時(shí)，其二次側(cè)的兩個(gè)輸出電壓分別與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈正弦和余弦函數(shù)關(guān)系。我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的有XZ系列。②線性旋轉(zhuǎn)變壓器

它是在一定的工作轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角(通常單位為弧度rad)呈線性函數(shù)關(guān)系的一種旋轉(zhuǎn)變壓器。我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的有XX系列。③比例式旋轉(zhuǎn)變壓器

它除了在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)帶有調(diào)整和鎖緊轉(zhuǎn)子位置的裝置外，其它都與正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器相同。在系統(tǒng)中作為調(diào)整電壓的比例元件。我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的有XL系列。④特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器

它是在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈某一給定的函數(shù)關(guān)系(如正割函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、彈道函數(shù)、圓函數(shù)及對(duì)數(shù)函數(shù)等)的一種旋轉(zhuǎn)變壓器。它的工作原理和結(jié)構(gòu)與正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器基本相同。

2．旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)類似于普通繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。為了獲得良好的電氣對(duì)稱性，以提高旋轉(zhuǎn)變壓器的精度，它們都設(shè)計(jì)成兩極隱極式的四繞組旋轉(zhuǎn)變壓器。圖8-38所示的是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)圖。

圖8-39所示為旋轉(zhuǎn)變壓器的接線原理圖。旋轉(zhuǎn)變壓器的定子、轉(zhuǎn)子鐵心都是采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳軟磁合金片或高硅鋼片經(jīng)沖制、絕緣，疊裝而成。為使旋轉(zhuǎn)變壓器的導(dǎo)磁性能沿氣隙圓周各處均勻一致，在定、轉(zhuǎn)子鐵心疊片時(shí)，采用每片錯(cuò)過(guò)一齒槽的旋轉(zhuǎn)疊片法。在定子鐵心的內(nèi)圓周上和轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周上都沖有均勻齒槽，里面各放置兩套空間軸線互相垂直的繞組。其繞組通常采用高精度的正弦分布繞組。轉(zhuǎn)子上的兩套繞組分別通過(guò)滑環(huán)和電刷裝置引出與外電路接通。

我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的XZ、XX、XL系列的旋轉(zhuǎn)變壓器均為接觸式結(jié)構(gòu)。它們和自整角機(jī)一樣，也為封閉式?？梢苑乐挂驒C(jī)械撞擊和環(huán)境惡劣所造成的接觸不良而影響電機(jī)性能。小機(jī)座號(hào)的旋轉(zhuǎn)變壓器，通常設(shè)計(jì)成“一刀通”結(jié)構(gòu)(見圖8-31)。保證了電機(jī)的同心度，有利于電機(jī)精度的提高。機(jī)殼的材料在12號(hào)，20號(hào)小機(jī)座號(hào)的旋轉(zhuǎn)變壓器中通常采用不銹鋼；

36，45，55號(hào)等較大機(jī)座號(hào)的旋轉(zhuǎn)變壓器中采用鑄鋁機(jī)座；而28號(hào)機(jī)座中則兩者都有采用。

無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器：

有一種是將轉(zhuǎn)子繞組引出線做成彈簧卷帶狀，這種轉(zhuǎn)子只能在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為有限轉(zhuǎn)角的無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器；

另一種是將兩套繞組中的一套自行短接，而另一套通過(guò)環(huán)形變壓器從定子邊引出。這種無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角不受限制，因此，稱其為無(wú)限轉(zhuǎn)角的無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器。

無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器，由于沒有電刷和滑環(huán)間的滑動(dòng)接觸，所以工作時(shí)更為可靠。二、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理1.轉(zhuǎn)子繞組開路――空載運(yùn)行2．轉(zhuǎn)子繞組接通負(fù)載---負(fù)載運(yùn)行1.轉(zhuǎn)子繞組開路――空載運(yùn)行正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的兩極結(jié)構(gòu)：定子上放置兩套完全相同的正弦分布繞組，它們的空間位置相差90°電角度。其中一套繞組為勵(lì)磁繞組，另一套繞組為補(bǔ)償繞組，在一般情況下，它們的匝數(shù)及繞組系數(shù)都相同，統(tǒng)稱為定子繞組。在轉(zhuǎn)子上也放置兩套完全相同，空間位置相差90°電角度的繞組。其中一套繞組的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α成正弦函數(shù)關(guān)系，另一套繞組的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α成余弦函數(shù)關(guān)系，故稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。

若忽略漏磁通，則Ed=Ud，當(dāng)交流勵(lì)磁電壓恒定時(shí)，直軸磁通的幅值Φd恒定。由于采用了正弦繞組，直軸磁場(chǎng)在空間成正弦分布。如圖8-40(a)所示。轉(zhuǎn)子上有兩套繞組A和B，在定子勵(lì)磁繞組形成的直軸磁場(chǎng)中，此時(shí)直軸磁通Φd與轉(zhuǎn)子的正弦輸出繞組B垂直交鏈，與余弦輸出繞組A不交鏈。只在正弦輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EB。與普通雙繞組變壓器比較，其勵(lì)磁繞組L相當(dāng)于變壓器的一次繞組，正弦輸出繞組B相當(dāng)于變壓器的二次繞組。而區(qū)別僅在于正弦輸出繞組B所交鏈磁通的多少取決于它和勵(lì)磁繞組之間的相對(duì)位置。

Φd1=Φdsinα(8—16)

Φd2＝Φdcosα正弦繞組B的開路電壓則為UBO＝EBO＝4.44fNZKZΦd1＝4.44fNZKZΦdsinα(8—17)式中NZ—為轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)；

KZ—轉(zhuǎn)子繞組基波繞組系數(shù)。如圖8-40(b)所示。設(shè)轉(zhuǎn)子正弦輸出繞組B的軸線和交軸的夾角α為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，為了求得正弦輸出繞組B的開路電壓，可先將勵(lì)磁繞組的直軸磁通Φd分解為兩個(gè)分量，第一個(gè)分量為Φd1，它和正弦繞組B的軸線一致，能在該繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，第二個(gè)分量為Φd2，它和正弦輸出繞組B的軸線方向垂直，因此不會(huì)在該繞組B中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這兩個(gè)磁通分量的幅值大小為由8-15式得代入（8－17）得式中，

稱為變比。

它為定子、轉(zhuǎn)子繞組的有效匝數(shù)比，即空載二次側(cè)最大輸出電壓與一次側(cè)勵(lì)磁電壓之比。Ku是一個(gè)常數(shù)。由(8-18)式可以看出，在正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器中，當(dāng)轉(zhuǎn)子正弦輸出繞組空載，在勵(lì)磁繞組電壓恒定時(shí)，其輸出電壓UBO將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α呈正弦函數(shù)關(guān)系。(8—18)轉(zhuǎn)子的余弦輸出繞組和正弦輸出繞組在空間位置相差90°電角度。同樣道理，余弦輸出繞組的開路電壓為

UAO＝KuUdsin(α+90°)＝KuUd(8—19)由于定子補(bǔ)償繞組C與定子勵(lì)磁繞組L相互垂直，當(dāng)正弦輸出繞組B的軸線與定子勵(lì)磁繞組L重合時(shí)，余弦輸出繞組A也與定子勵(lì)磁繞組垂直，則此時(shí)補(bǔ)償繞組C和余弦繞組A的軸線均與脈振磁場(chǎng)Фd的軸線正交，繞組內(nèi)都沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)離開此位置時(shí)，情況就如上所述了。2．轉(zhuǎn)子繞組接通負(fù)載---負(fù)載運(yùn)行轉(zhuǎn)子繞組接有負(fù)載時(shí)的接線圖如圖8-41所示。假設(shè)轉(zhuǎn)子正弦輸出繞組B和交軸的夾角仍為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α。此時(shí)，接入負(fù)載后(其負(fù)載阻抗為ZBN)，正弦輸出繞組B中便有電流IB通過(guò)。余弦輸出繞組A，其負(fù)載阻抗為ZAN，流過(guò)電流為IA。它們分別在各自繞組內(nèi)產(chǎn)生磁通ФB和ФA。為便于分析，將ФB、ФA按繞組軸線方向分解為直軸和交軸磁通分量即ФBd＝ФBsinαФBq＝ФBcosα由此可得Фd＝ФBsinα+ФAcosα

Фq＝ФBcosα-ФAsinα(8—21)如果能使ФBcosα＝ФAsinα則Фq＝0，即交軸磁場(chǎng)為零。消除二次繞組對(duì)主磁場(chǎng)影響，得到完全補(bǔ)償效果，稱為二次繞組對(duì)稱。ФAd＝ФAcosα(8—20)ФAq＝ФAsinα轉(zhuǎn)子繞組直軸磁通分量Фd與定子勵(lì)磁繞組直軸磁通ФdL方向相反，對(duì)主磁通來(lái)說(shuō)起去磁作用。一般定子勵(lì)磁繞組外加電壓Ud為常數(shù)，在理想情況下，Ud＝Ed＝4.44fNdKdФd0不變，則合成磁場(chǎng)與空載時(shí)勵(lì)磁磁場(chǎng)保持相等。于是勵(lì)磁繞組L中電流增加，磁通ФdL增加，而保持ФdL-Фd＝Фd0不變。所以直軸合成磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組A、B中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也與空載時(shí)一樣。仍可用(8-18)、(8-19)式表達(dá)。這和雙繞組變壓器空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)原理是同樣的。根據(jù)圖8-41所示轉(zhuǎn)子回路。在二次繞組對(duì)稱的條件下，可以得到轉(zhuǎn)子正、余弦繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程式EA＝IAZA＝IA(ZAL+ZAN)EB＝IBZB＝IB(ZBL+ZBN)

則轉(zhuǎn)子電流IA和IB分別為

從而得到轉(zhuǎn)子正、余弦輸出繞組的輸出電壓分別為由此可見，正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在二次繞組對(duì)稱條件下，輸出電壓分別與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角