1、 14.1 14.1 基本结构基本结构 14.2 14.2 工作原理工作原理 自整角机是一种感应式机电元件。在系统中通常是两台或两台以上组合使用。其任务是将转轴上的转角变换为电气信号，或将电气信号变换为转轴的转角，使机械上互不相联的两根或几根转轴同步偏转或旋转，以实现角度的传输、变换和接收。它广泛应用于运距离指示装置和伺服系统。14.3 14.3 误差概述误差概述 14.4 14.4 选用时应注意的的问题及应用举例选用时应注意的的问题及应用举例 自整角机的定子结构与一般小型绕线转子感应电动机相似。定子铁心上嵌有三相星形联结对称分布绕组，通常称为整步绕组。转子结构则按不同类型采用凸极式或隐极式，
2、放置单相或三相励磁绕组。转子绕组通过滑环、电刷装置与外电路联接，滑环是由银铜合金制成，电刷采用焊银触点，以保证接触可靠。接触式自整角机结构如图。1-定子 2-转子 3-阻尼绕组 4-电刷 5-接线柱 6-滑环力矩式自整角机的接线图如图，两台自整角机结构完全相同，一台作为发送机，另一台作为接收机。它们的转子励磁绕组接到同一单相交流电源，定子整步绕组则按相序对应联接。当发送机和接收机的转子位置一致时，大小相等，方向相反，所以回路中无电流流过，因而不产生整步转矩，此时两机处于稳定的平衡位置稳定的平衡位置。当发送机的转子从一致位置转一角度1时，则在整步绕组回路中将出现电动势，从而引起均衡电流。此均衡电
3、流与励磁绕组所建立的磁场相互作用产生转矩，使接收机也偏转相同角度。对于这一过程，分析如下。21cos(120FmEE）11cosFmEE31cos(120FmEE）设转子励磁绕组轴线与定子整步绕组第一相的轴线重合时的位置为起始位置，转子偏离起始位置的角度称为位置角，则在起始位置时，位置角等于零。当发送机转子从起始位置逆时针方向偏转1时，三相整步绕组的电动势应为mE整步绕组最大相电动势有效值磁动势空间相量图发送机接收机12c o sJmEE22cos(120)JmEE32cos(120)JmEE同理可写出接收机整步绕组电动势为2接收机转子从起始位置逆时针方向偏转的角度。由于发送机和接收机是由同一
4、励磁电源励磁的，因此两机定子绕组电动势在时间上是同成电动势为两机定子电动势之差,12121211112(coscos)2sinsin2sinsin2222FJmmmEEEEEE 12121222212(cos(120)cos(120)2 sinsin2 sin(120)sin2222FJmmmEEEEEE 12121233312(cos(120)cos(120)2 sin(120)sin2 sin(120)sin2222FJmmmE EEEEE ，称为失调角，是发送机与接收机的位置角之差。12设两机定子绕组的阻抗相等，并以Z表示，则每相总阻抗为2Z，于是各相回路电流的有效值为11212sins
5、in222mEIIZ mmEIZ整步绕组各相回路中最大电流的有效值21222sin(120)sin222mEIIZ 31232sin(120)sin222mEIIZ 1230III可见可见当整步绕组中有电流通过，将产生磁动势，为便于分析计算，通常将三相整步绕组 中的三个空间脉动磁动势，分解为直轴（d轴）即励磁绕组轴线方向，交轴（q轴）直轴在空间按逆时针方向前移90。电角度。11 10.9/FWFNK I P由交流电机绕组磁动势知单相基波磁动势的振幅值由交流电机绕组磁动势知单相基波磁动势的振幅值121sinsin22FmFF 122sin(120)sin22FmFF 123sin(120)sin
6、22FmFF把上式代入得三相合成磁动势的直轴分量：三相合成磁动势的直轴分量：123112131coscos(120)cos(120)FdF dF dF dFFFFFFFFFF3(1cos)4FdmFF 把上式代入可得1231121313sinsin(120)sin(120)sin4FqF qF qF qFFFmFFFFFFFF三相合成磁动势的交轴分量：三相合成磁动势的交轴分量：223sin2FFdFqmFFFF整步绕组的合成磁动势整步绕组的合成磁动势：1 cosarctanarctan()arctan(tan)sin22FdFqFF合成磁动势与交轴夹角合成磁动势与交轴夹角 接收机和发送机的整步
7、绕组是相对应联接的，它们的电流方向相反，数值相等，因此相应的磁动势的振幅也相等，但是符号相反，即11JFFF 22JFFF33JFFF1231222323coscos(120)cos(120)(1 cos)4JdJ dJ dJ dJJJmFFFFFFFF接收机整步绕组磁动势的直轴分量：接收机整步绕组磁动势的直轴分量：接收机整步绕组磁动势的交轴分量：接收机整步绕组磁动势的交轴分量：1231222323sinsin(120)sin(120)sin4JqJ qJ qJ qJJJmFFFFFFFF接收机整步绕组的合成磁动势：接收机整步绕组的合成磁动势：223sin22JJdJqmFFFF合成磁动势与交
8、轴的夹角：合成磁动势与交轴的夹角：1 cosarctanarctan()sin2JdJqFF根据以上分析可知：根据以上分析可知：发送机和接收机中的磁动势直轴分量、交轴分量和合成磁动势的大小以及合成磁动势与交轴的夹角与发送机和接收机的位置角无关，仅为失调角的函数。发送机和接收机整步绕组磁动势的直轴分量均为负值，说明直轴电枢支应为去磁作用。一般在指示状态时，失调角很小，因此整步绕组磁动势的直轴分量也很小，可以忽略不计。发送机和接收机整步绕组磁动势的交轴分量大小相等，方向相反；直轴分量则大小相等，方向相同。力矩式自整角机的整步转矩力矩式自整角机的整步转矩是由整步绕组中的电流和转子主极磁场的相互作用而
9、产生的。自整角机在空间位置固定的三相整步绕组所产生的合成磁动势，可以分解为由随转子一起转动的d轴绕组和q轴绕组所产生的d轴磁动势FFd（或FJd）和q轴磁动势FFq（或FJq）。根据电机理论可知，由励磁磁动势产生的直轴磁通d和直轴磁动势之间不会产生转矩；而直轴磁通d和交轴磁动势相互作用则将产生电磁转矩，如图所示。整步转矩产生的示意图发送机接收机 通过以上分析可知，对力矩式自整角机，整步转矩T系由交轴磁动势Fq与直轴磁通d的相互作用所产生。在相同型号成对工作的力矩式自整角发送机和接收机中，因采用同一励磁电源，所以直轴磁通d相同；又合成磁动势的交轴分量FFq和FJq大小相等方向相反，由此可知，这时
10、发送机和接收机中的整步转矩大小相等而方向相反。如以外力强制发送机转子逆时针方向转动角时，发送机为了保持转子原来的位置，所产生的整步转矩方向将是顺时针的；接收机中所产生的转矩则相反，即为逆时针方向，使转子向逆时针方向转动，以达到和发送机转子有同一位置的目的，从而实现了转角的传递任务。为了提高同步随动系统的精度和负载能力，常把力矩式接收机的转子绕组从电源断开，使其在变压器状态下运行。这时接收机将角度传递变为电信号输出，然后通过放大去控制一台伺服电动机，并将接收机转子经减速器与机械负载联系在一起。这种间接通过伺服电动机来达到同步联系的系统称为同步随动系统，在这种系统中，用来输出电信号的自整角接收机称
11、为自整角变压器。控制式自整角机与力矩式自整角机接线图有两点不同：1)、上图接收机转子绕组从单相电源断开，并能输出讯号电压。2)、转子绕组的轴线位置预先转过了90。电压经放大器放大后，接到伺服电动机的控制绕组，使伺服电动机转动。伺服电动机一方面拖动负载，另一方面在机械上也有自整角变压器转子相连，这样就可以使得负载跟随发送机偏转，直到负载偏转的角度与发送机偏转的角度相等为止。自整角变压器转子绕组输出电压信号自整角变压器转子绕组输出电压信号sinmEE式中Em接收机转子绕组感应电动势最大 值，即发送机转子与接收机转子位置相 一致时感应电动势的有效值。力矩式自整角机的整步转矩必须大于其接收机转轴的阻力
12、矩式自整角机的整步转矩必须大于其接收机转轴的阻力转矩力转矩（包括负载转矩和接收机本身的摩擦转矩等），它才能拖动接收机转子跟着发送机转动，因此发送机和接收机之间必然存在一定的失调角，这个角度就是力矩式自整角机转角随动的误差。显然，失调角为1时，自整角机具有的整步转矩（称为比转矩）越大，则角误差越小。对于控制式自整角机，为了减小转角随动误差提高其精度，把发送机和接收机的转子都做成隐极式。减小速度误差方法减小速度误差方法:1)选用高频自整角机2)应当限制发送机和接收机的转速。力矩式自整角机常应用于精度较低的指示系统。如液面的高低，阐门的开启度，液压电磁阀的开闭，船舶的舵角、方位和船体倾斜的指示等等。
13、下面通过一个实例来加以说明。如图表示一液面位置指示器。浮子随着液面的上升或下降，通过绳索带动自整角发送机转子转动，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之间再通过导线可以远距离联接，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-接收机控制式自整角机适用于精度较高、负载较大的伺服系统。现以雷达高低角自动显示系统(如图)来加以说明。自整角发送机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转轴与由交流伺服电动机驱动的系统负载（刻度盘或火炮等负载）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 E2K（）=K 式中K为常数。E2经放大器放大后送至交流伺服电动机的控制绕组，使电动机转动。可见，只要，即0，就有E20，伺服电动机便要转动，使减小，直至=0。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
