第6章旋轉(zhuǎn)變壓器-4

1、控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器Chapter six ResolverBEM132-6 系列旋轉(zhuǎn)變壓器（磁阻式）混合動(dòng)力車、純電動(dòng)汽車專用旋轉(zhuǎn)混合動(dòng)力車、純電動(dòng)汽車專用旋轉(zhuǎn)變壓器。它相對(duì)于最早的光電編碼變壓器。它相對(duì)于最早的光電編碼器，有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：器，有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：安裝尺寸小，節(jié)約了空間安裝尺寸小，節(jié)約了空間耐高溫、低溫，抗振動(dòng)耐高溫、低溫，抗振動(dòng)穩(wěn)定性與可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于光電編穩(wěn)定性與可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于光電編碼器碼器可以根據(jù)用戶要求開發(fā)超大孔徑可以根據(jù)用戶要求開發(fā)超大孔徑的產(chǎn)品是光電編碼器不及之處。的產(chǎn)品是光電編碼器

2、不及之處。控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器IntroductionA resolver ( Rotary Transformer) is a type of rotary electrical transformer used for measuring degrees of rotation. It is considered as an analog device, and has a digital counterpart, the rotary (or pulse) encoder. On the outsid

3、e, this type of resolver may look like a small electrical motor having a stator and rotor. On the inside, the configuration of the wire windings makes it different. Resolvers are rugged, simple rotary position transducers, they can provide high accuracy position measurement from zero speed to very h

4、igh RPM. Resolvers are wound with two rotor and two stator windings. Two stator windings which are 90 degrees apart. 控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器（ Resolver ）旋轉(zhuǎn)變壓器簡(jiǎn)稱為旋變，是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元旋轉(zhuǎn)變壓器簡(jiǎn)稱為旋變，是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元件。當(dāng)勵(lì)磁繞組中通入交流電時(shí)，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角件。當(dāng)勵(lì)磁繞組中通入交流電時(shí)，輸出繞組的

5、電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成成正弦正弦、余弦函數(shù)關(guān)系余弦函數(shù)關(guān)系，或保持，或保持某一比例關(guān)系某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系成線性關(guān)系。它主要用于。它主要用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算和和數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸，也可以作為，也可以作為兩相移相用在角度兩相移相用在角度數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中。旋轉(zhuǎn)變壓器可。旋轉(zhuǎn)變壓器可以單機(jī)運(yùn)行以單機(jī)運(yùn)行, ,也可以像自整角機(jī)那樣成對(duì)或三機(jī)組合使用。它是一種也可以像自整角機(jī)那樣成對(duì)或三機(jī)組合使用。它是一種精密測(cè)位用的機(jī)電元件精密測(cè)位用的機(jī)電元件, ,在伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)中也在伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)

6、中也得到了廣泛的應(yīng)用。得到了廣泛的應(yīng)用。 控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器圖圖 6-1 6-1 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖1- 1-轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)軸；2- 2-擋圈；擋圈；3- 3-機(jī)殼；機(jī)殼；4- 4-定子；定子；5- 5-轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；6- 6-波紋墊圈；波紋墊圈；7- 7-擋圈；擋圈；8- 8-集電環(huán)；集電環(huán)；9- 9-電刷；電刷；10-10-接線柱接線柱6.2 6.2 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)特點(diǎn) 旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)變壓器的典型結(jié)構(gòu)與一典型結(jié)構(gòu)與一般繞線式異步般繞線式異步電動(dòng)機(jī)相似，電動(dòng)機(jī)相似，

7、它由定子和轉(zhuǎn)它由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組子兩大部分組成，如圖成，如圖6-1所所示。示?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖圖圖 6 - 2 6 - 2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理示意正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理示意圖圖控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器6.3 6.3 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3.1 6.3.1

8、空載運(yùn)行時(shí)的情況空載運(yùn)行時(shí)的情況1fUDBDB如圖如圖6 - 26 - 2中中, ,設(shè)該旋轉(zhuǎn)變壓器空載設(shè)該旋轉(zhuǎn)變壓器空載, ,即轉(zhuǎn)子輸出繞組和定子交軸繞組開路即轉(zhuǎn)子輸出繞組和定子交軸繞組開路, ,僅將定僅將定子繞組子繞組D D1 1- -D D2 2加交流勵(lì)磁電壓加交流勵(lì)磁電壓。那么氣隙中將產(chǎn)生一個(gè)脈振磁密。那么氣隙中將產(chǎn)生一個(gè)脈振磁密, ,其軸線在其軸線在定子勵(lì)磁繞組的軸線上。據(jù)自整角機(jī)的電磁理論定子勵(lì)磁繞組的軸線上。據(jù)自整角機(jī)的電磁理論, ,磁密磁密將在副邊即轉(zhuǎn)子的兩個(gè)輸將在副邊即轉(zhuǎn)子的兩個(gè)輸出繞組中感應(yīng)出變壓器電勢(shì)。出繞組中感應(yīng)出變壓器電勢(shì)。在余弦輸出繞組在余弦輸出繞組Z Z1 1-Z-

9、Z2 2中感應(yīng)的電勢(shì)中感應(yīng)的電勢(shì) cos1RREE在正弦輸出繞組在正弦輸出繞組Z Z3 3-Z-Z4 4中感應(yīng)的電勢(shì)中感應(yīng)的電勢(shì)sin)90cos(2RRREEE控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器式中式中, ER為轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線與定子勵(lì)磁繞組軸線重合時(shí)，磁通為轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線與定子勵(lì)磁繞組軸線重合時(shí)，磁通D在輸在輸出繞組中感應(yīng)的電勢(shì)。若假設(shè)出繞組中感應(yīng)的電勢(shì)。若假設(shè)D在勵(lì)磁繞組在勵(lì)磁繞組D1-D2中感應(yīng)的電勢(shì)為中感應(yīng)的電勢(shì)為ED，則，則旋轉(zhuǎn)變壓器的變比為旋轉(zhuǎn)變壓器的變比為DRDRuWWEEk式中，式中，WR表示輸出繞組

10、的有效匝數(shù)；表示輸出繞組的有效匝數(shù)；WD表示勵(lì)磁繞組的有效匝數(shù)。表示勵(lì)磁繞組的有效匝數(shù)。 把式把式(6 - 2)代入式代入式(6 - 1)得得cos1DuREkEsin2DuREkE與變壓器類似與變壓器類似,可忽略定子勵(lì)磁繞組的電阻和漏電抗可忽略定子勵(lì)磁繞組的電阻和漏電抗,則則ED=Uf1，空載時(shí)轉(zhuǎn)，空載時(shí)轉(zhuǎn)子輸出繞組電勢(shì)等于電壓子輸出繞組電勢(shì)等于電壓,于是式于是式(6-3)可寫成可寫成cos11fuRUkUsin12fuRUkU控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器6.3.2 6.3.2 負(fù)載后輸出特性的畸變負(fù)載后輸出特性

11、的畸變圖圖 6 - 3中中Z3、Z4輸出繞組接入負(fù)載阻抗輸出繞組接入負(fù)載阻抗ZL。由實(shí)驗(yàn)得出。由實(shí)驗(yàn)得出, 旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓隨轉(zhuǎn)角的變化已偏離正弦關(guān)系電壓隨轉(zhuǎn)角的變化已偏離正弦關(guān)系,空載和負(fù)載時(shí)輸出特性曲線的對(duì)比如圖空載和負(fù)載時(shí)輸出特性曲線的對(duì)比如圖6 - 4所示。如果負(fù)載電流越大所示。如果負(fù)載電流越大,兩曲線的差別也越大。這種輸出特性偏離理論上兩曲線的差別也越大。這種輸出特性偏離理論上的正余弦規(guī)律的現(xiàn)象被稱為輸出特性的畸變。的正余弦規(guī)律的現(xiàn)象被稱為輸出特性的畸變。圖圖6 - 3 正弦輸出繞組接負(fù)載正弦輸出繞組接負(fù)載ZL圖圖6 - 4 6 - 4 輸出特性的畸變輸出特性的畸

12、變控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器負(fù)載后輸出特性的畸變的原因分析：負(fù)載后輸出特性的畸變的原因分析：coszZqBBcoszqBcos34qq234cosZqB23434cos44. 4ZqZqBfWE控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器6.3.3 6.3.3 副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器證明設(shè)證明設(shè)K K為常數(shù)為常數(shù), ,通過通過Z Z1 1- -Z Z2 2繞組的電流為繞組的電流為1RI, ,產(chǎn)生的磁勢(shì)為產(chǎn)生的磁勢(shì)為1RF

13、，通過，通過Z Z3 3- -Z Z4 4繞組的電流為繞組的電流為2RI, ,產(chǎn)生磁勢(shì)為產(chǎn)生磁勢(shì)為2RF, , 則則11RRKIF22RRKIFcoscossinsin222111RRqRRRqRKIFFKIFFcossin1122ZZEkZZEIZZEkZZEIDuRRLDuLRRcossincossincossin2211ZZEkKIKFZZEkKIKFLDuRqRDuRqR控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器比較以上兩式比較以上兩式,如果要求全補(bǔ)償即如果要求全補(bǔ)償即FR1q=FR2q時(shí)時(shí),則只有則只有Z=ZL。以上兩

14、式的正負(fù)號(hào)。以上兩式的正負(fù)號(hào)也恰恰說明了不論轉(zhuǎn)角也恰恰說明了不論轉(zhuǎn)角是多少是多少,只要保持只要保持Z=ZL,就可以使要補(bǔ)償?shù)慕惠S磁勢(shì)就可以使要補(bǔ)償?shù)慕惠S磁勢(shì)FR2q對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于q34)和另一繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)和另一繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)FR1q大小相同大小相同,方向相反。從而消除了輸出特方向相反。從而消除了輸出特性曲線的畸變性曲線的畸變?？梢宰C明，當(dāng)定子交軸繞可以證明，當(dāng)定子交軸繞組外接阻抗組外接阻抗Z等于勵(lì)磁電等于勵(lì)磁電源內(nèi)阻抗源內(nèi)阻抗Zn時(shí)，得到完全時(shí)，得到完全補(bǔ)償。補(bǔ)償。圖圖 6 - 6 6 - 6 原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器6.3.4 6.3.4 原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓

15、器原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器6.3.5 6.3.5 原、原、 副邊都補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器副邊都補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器所感應(yīng)的電壓所感應(yīng)的電壓UR2與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)將正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的定子將正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的定子D1-D2繞組和轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子Z1-Z2繞組串繞組串聯(lián)聯(lián),并作為勵(lì)磁的原邊。如圖并作為勵(lì)磁的原邊。如圖6 -8所示所示,定子交軸繞組定子交軸繞組D3-D4端端短接作為原邊補(bǔ)

16、償短接作為原邊補(bǔ)償,轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)子輸出繞組繞組Z3-Z4端接負(fù)載阻抗端接負(fù)載阻抗ZL。原邊施加交流電壓原邊施加交流電壓Uf1后后,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子Z3-Z4繞組角繞組角有什么關(guān)系呢？有什么關(guān)系呢？cos1DuDfEkEUsin2DuREkEsin22DuRREkEUcos1sin12uufRkkUU圖圖 6 - 8 6 - 8 原邊補(bǔ)償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器原邊補(bǔ)償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器6.4 6.4 線性旋轉(zhuǎn)變壓器線性旋轉(zhuǎn)變壓器 控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器12cos1sinfuuRUkkU圖圖 69 69 當(dāng)電源電壓當(dāng)電源電壓Uf1

17、一定時(shí)一定時(shí),旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓UR2隨轉(zhuǎn)角隨轉(zhuǎn)角變化曲線與圖變化曲線與圖6-9曲線一致。從數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知曲線一致。從數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知,當(dāng)轉(zhuǎn)角當(dāng)轉(zhuǎn)角 = 60范圍內(nèi)范圍內(nèi),而且變壓比而且變壓比ku = 0.56時(shí)時(shí),輸出電壓和轉(zhuǎn)角輸出電壓和轉(zhuǎn)角之間的線性關(guān)系與理想直線相比較之間的線性關(guān)系與理想直線相比較,誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.1%, 完全可以滿足系統(tǒng)要求。完全可以滿足系統(tǒng)要求?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器6.5 6.5 旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用6.5.1 6.5.1 旋轉(zhuǎn)變壓器

18、求反三角函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器求反三角函數(shù)1uk放大器的輸入電壓放大器的輸入電壓21cosEE當(dāng)當(dāng)0cos21 EE時(shí)時(shí)12arccosEE圖圖6 10 求求=arccos(E2/E1)的接線圖的接線圖旋轉(zhuǎn)變壓器廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)變壓器廣泛應(yīng)用于解算裝置解算裝置、高精度隨動(dòng)系統(tǒng)高精度隨動(dòng)系統(tǒng)中，也用于中，也用于電壓調(diào)節(jié)和阻電壓調(diào)節(jié)和阻抗匹配抗匹配等。在解算裝置中主要用來求解矢量或進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、求反三角函數(shù)、等。在解算裝置中主要用來求解矢量或進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、求反三角函數(shù)、進(jìn)行加減乘除及函數(shù)的運(yùn)算等；在隨動(dòng)系統(tǒng)中進(jìn)行角度數(shù)據(jù)的傳輸或測(cè)量已知進(jìn)行加減乘除及函數(shù)的運(yùn)算等；在隨動(dòng)系統(tǒng)中進(jìn)行角度數(shù)據(jù)的傳輸或測(cè)量已知輸入

19、角的角度和或角度差；比例式旋轉(zhuǎn)變壓器用于匹配自控系統(tǒng)中的阻抗和調(diào)輸入角的角度和或角度差；比例式旋轉(zhuǎn)變壓器用于匹配自控系統(tǒng)中的阻抗和調(diào)節(jié)電壓。節(jié)電壓?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器比例式旋轉(zhuǎn)變壓器的用途是用來匹配阻抗和調(diào)節(jié)電壓的。若在旋轉(zhuǎn)變壓器比例式旋轉(zhuǎn)變壓器的用途是用來匹配阻抗和調(diào)節(jié)電壓的。若在旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組的定子繞組D1-D2端施以勵(lì)磁電壓端施以勵(lì)磁電壓1fU,則轉(zhuǎn)子繞組則轉(zhuǎn)子繞組Z Z1 1- -Z Z2 2端的輸出電壓為端的輸出電壓為cos11fuRUkUcos11ufRkUU上式中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角上式中的轉(zhuǎn)子

20、轉(zhuǎn)角在在0360之間變化之間變化,也就是也就是cos在在+1.0-1.0范圍內(nèi)范圍內(nèi)變動(dòng)。因變比變動(dòng)。因變比ku為常數(shù)為常數(shù),故比值故比值UR1/Uf1將在將在ku的范圍內(nèi)變化。如果調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)變化。如果調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角子轉(zhuǎn)角到某定值到某定值,則可得到唯一的比值則可得到唯一的比值UR1/Uf1。6.5.1 6.5.1 比例旋轉(zhuǎn)變壓器比例旋轉(zhuǎn)變壓器控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器控制電機(jī)控制電機(jī) (Control E

21、lectrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器河南理工大學(xué)控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器河南理工大學(xué)控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)河南理工大學(xué)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)（servo system） 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是用來控制被控對(duì)象的某種狀態(tài)，使其自動(dòng)地、連續(xù)地、是用來控制被控對(duì)象的某種狀態(tài)，使其自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律，通常是閉環(huán)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)控制精確地復(fù)現(xiàn)

22、輸入信號(hào)的變化規(guī)律，通常是閉環(huán)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)控制的目的就是使伺服系統(tǒng)在可變的外部條件下仍然完成所期望的行為。廣的目的就是使伺服系統(tǒng)在可變的外部條件下仍然完成所期望的行為。廣義來講，所期望的行為可分為兩種：義來講，所期望的行為可分為兩種： (1) (1)使系統(tǒng)保持原來的狀態(tài)；使系統(tǒng)保持原來的狀態(tài)； (2) (2)使系統(tǒng)沿著所希望的狀態(tài)軌跡變化。使系統(tǒng)沿著所希望的狀態(tài)軌跡變化。 若系統(tǒng)被控量是位置，則稱為若系統(tǒng)被控量是位置，則稱為位置伺服系統(tǒng)位置伺服系統(tǒng)。位置伺服系統(tǒng)的根本。位置伺服系統(tǒng)的根本任務(wù)就是使系統(tǒng)按照給定的速度和運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的跟蹤和定位，完任務(wù)就是使系統(tǒng)按照給定的速度和運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)

23、現(xiàn)準(zhǔn)確的跟蹤和定位，完成功率放大的職能，并在保證系統(tǒng)有足夠的能力推動(dòng)負(fù)載按輸入指令的成功率放大的職能，并在保證系統(tǒng)有足夠的能力推動(dòng)負(fù)載按輸入指令的規(guī)律運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，是輸入和輸出之間的偏差不超過允許的范圍。規(guī)律運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，是輸入和輸出之間的偏差不超過允許的范圍。 控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué) 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)就是一種位置伺服系統(tǒng)，為了滿足高速高精密加工機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)就是一種位置伺服系統(tǒng)，為了滿足高速高精密加工要求，希望所設(shè)計(jì)的位置伺服系統(tǒng)具備較高的速度、加速度和跟蹤精要

24、求，希望所設(shè)計(jì)的位置伺服系統(tǒng)具備較高的速度、加速度和跟蹤精度，且控制系統(tǒng)魯棒性度，且控制系統(tǒng)魯棒性( (所謂所謂“魯棒性魯棒性”, ,是指控制系統(tǒng)在一定是指控制系統(tǒng)在一定( (結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,大大小小) )的參數(shù)攝動(dòng)下的參數(shù)攝動(dòng)下, ,維持某些性能的特性。也可以認(rèn)為指維持某些性能的特性。也可以認(rèn)為指“穩(wěn)定性穩(wěn)定性”) )要要好，以克服加工時(shí)切削力的變化、工件質(zhì)量的變化等因素的影響。好，以克服加工時(shí)切削力的變化、工件質(zhì)量的變化等因素的影響?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工

25、大學(xué)3.6.2 3.6.2 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性電動(dòng)機(jī)在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系稱為電電動(dòng)機(jī)在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系稱為電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性。動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性。1 1）負(fù)載為常數(shù)時(shí)的調(diào)節(jié)特性）負(fù)載為常數(shù)時(shí)的調(diào)節(jié)特性圖圖3-16 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性aTeaeaTCCRCUn2當(dāng)當(dāng)n=0時(shí)時(shí)TaaaaCRTUU0始動(dòng)電壓始動(dòng)電壓 圖圖3-17 調(diào)節(jié)特性曲線組調(diào)節(jié)特性曲線組 321sssTTT控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)

26、河南理工大學(xué)2 2）變負(fù)載調(diào)速特性）變負(fù)載調(diào)速特性圖圖3-18 空氣阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系空氣阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 圖圖3-19 可變負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)特性可變負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)特性 控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合：低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩。力矩可達(dá)數(shù)：低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩。力矩可達(dá)數(shù)kNmkNm，空載轉(zhuǎn)速可低到，空載轉(zhuǎn)速可低到10r/min10r/min。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：力矩電動(dòng)機(jī)一般做成圓盤狀，電樞軸向長(zhǎng)度和直徑之比一般為力矩電動(dòng)機(jī)一般做成圓盤狀，電樞軸向長(zhǎng)度和直徑之比一

27、般為0.20.2。1- 1-定子；定子；2- 2-轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；3- 3-電刷；電刷；4- 4-電樞繞組；電樞繞組； 5- 5-槽楔兼換向器槽楔兼換向器 ( (commutatorcommutator) )；6- 6-銅環(huán)銅環(huán)圖圖3-28 3-28 直流力矩電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖直流力矩電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3.9 3.9 直流力矩電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)（DC torque motor）控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)1. 1. 電樞形狀對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響電樞形狀對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響2aaap

28、aaDilBNT aaaaapbbbapbTDlNiBDlNiBT2222)(控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)2. 2. 電樞形狀對(duì)空載電樞形狀對(duì)空載（no-load）轉(zhuǎn)速的影響轉(zhuǎn)速的影響60DnlBlvBeppp120DnlNBEpaDlNBUnpa11200性能特點(diǎn)性能特點(diǎn): : (1) 力矩波動(dòng)力矩波動(dòng)(torque ripple)小，低速小，低速(low speed)下能穩(wěn)定運(yùn)行下能穩(wěn)定運(yùn)行； (2) 機(jī)械特性機(jī)械特性(Mechanical Charact

29、eristic)和調(diào)節(jié)特性和調(diào)節(jié)特性(regulation characteristic)線形度好；線形度好； (3) 響應(yīng)迅速，動(dòng)態(tài)特性好。響應(yīng)迅速，動(dòng)態(tài)特性好。控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)的主要形式：杯形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)、盤形電低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)的主要形式：杯形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)、盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)、無槽樞直流伺服電動(dòng)機(jī)、無槽( (slot-less) )電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)。電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)。1. 1. 杯形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)

30、杯形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)圖圖3-30 3-30 杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)1- 1-電刷；電刷；2- 2-換向器；換向器；3- 3-空心杯電樞；空心杯電樞；4- 4-外定子；外定子；5- 5-內(nèi)定子內(nèi)定子空心杯直流電機(jī)屬于直流空心杯直流電機(jī)屬于直流: :永磁電機(jī)，與普通有刷、無刷直流電永磁電機(jī)，與普通有刷、無刷直流電機(jī)的主要區(qū)別是采用無鐵芯轉(zhuǎn)子，也機(jī)的主要區(qū)別是采用無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子是直接采用叫空心杯型轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子是直接采用導(dǎo)線繞制成的，沒有任何其他的結(jié)構(gòu)導(dǎo)線繞制成的，沒有任何其他的結(jié)構(gòu)支撐這些繞線，繞線本身做成杯狀，支撐這些繞線，繞線本身做成杯狀，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)

31、子的結(jié)構(gòu)。就構(gòu)成了轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。3.10 3.10 低慣量低慣量(inertia)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)

32、空心杯電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)空心杯電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：效率高和換向性能好：效率高和換向性能好：轉(zhuǎn)子沒有鐵芯，而定子導(dǎo)磁體與永磁體之間無相對(duì)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子沒有鐵芯，而定子導(dǎo)磁體與永磁體之間無相對(duì)運(yùn)行，導(dǎo)磁體內(nèi)磁場(chǎng)無變化，無鐵損導(dǎo)磁體內(nèi)磁場(chǎng)無變化，無鐵損(Iron Loss)(Iron Loss)，。具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率，其能量，。具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率，其能量轉(zhuǎn)換效率一般在轉(zhuǎn)換效率一般在75%75%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到90%90%以上。轉(zhuǎn)子繞組電感小，換向以上。轉(zhuǎn)子繞組電感小，換向性能好。性能好。動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能：動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能：轉(zhuǎn)子輕，慣量小，靈敏度高。起動(dòng)、制動(dòng)迅速，響應(yīng)極快，最轉(zhuǎn)子

33、輕，慣量小，靈敏度高。起動(dòng)、制動(dòng)迅速，響應(yīng)極快，最小可達(dá)小可達(dá)1 1毫秒。毫秒。運(yùn)行穩(wěn)定性好：運(yùn)行穩(wěn)定性好：轉(zhuǎn)子沒有齒槽效應(yīng)，力矩波動(dòng)小，低速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。轉(zhuǎn)子沒有齒槽效應(yīng)，力矩波動(dòng)小，低速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。（自身轉(zhuǎn)速波動(dòng)能控制在（自身轉(zhuǎn)速波動(dòng)能控制在2%2%以內(nèi)）以內(nèi)）能量密度大：能量密度大：與同等功率的鐵芯電機(jī)相比，其重量、體積減輕與同等功率的鐵芯電機(jī)相比，其重量、體積減輕1/3-1/21/3-1/2，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速- -電壓、轉(zhuǎn)速電壓、轉(zhuǎn)速- -矩、轉(zhuǎn)矩矩、轉(zhuǎn)矩- -電流等對(duì)應(yīng)參數(shù)曲線都呈極好的線性關(guān)系。電流等對(duì)應(yīng)參數(shù)曲線都呈極好的線性關(guān)系。 這種電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、音響

34、設(shè)備、辦公設(shè)備、儀器儀表、這種電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、音響設(shè)備、辦公設(shè)備、儀器儀表、電影攝影機(jī)和錄像機(jī)等電影攝影機(jī)和錄像機(jī)等。控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)2. 2. 盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)圖圖3 - 31 3 - 31 印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)圖圖3 - 32 3 - 32 線繞式盤形電樞電線繞式盤形電樞電動(dòng)機(jī)的主要零部件結(jié)構(gòu)圖動(dòng)機(jī)的主要零部件結(jié)構(gòu)圖控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Ma

35、chine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)線繞式盤形電樞電動(dòng)機(jī)的主要零部件結(jié)構(gòu)圖線繞式盤形電樞電動(dòng)機(jī)的主要零部件結(jié)構(gòu)圖控制電機(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué) 盤形電樞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電樞的直徑遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度，電樞有效導(dǎo)盤形電樞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電樞的直徑遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度，電樞有效導(dǎo)體沿徑向排列，定轉(zhuǎn)子間的氣隙為軸向平面氣隙，主磁通沿軸向體沿徑向排列，定轉(zhuǎn)子間的氣隙為軸向平面氣隙，主磁通沿軸向通過氣隙。圓盤中電樞繞組可以是印制繞組或

36、繞線式繞組，后者通過氣隙。圓盤中電樞繞組可以是印制繞組或繞線式繞組，后者功率比前者大。功率比前者大。 印制繞組是采用與制造印制電路板相類似的工藝制成的，它印制繞組是采用與制造印制電路板相類似的工藝制成的，它可以是單片雙面或多片重疊的。繞線式則是先繞成單個(gè)線圈，然可以是單片雙面或多片重疊的。繞線式則是先繞成單個(gè)線圈，然后把全部線圈排列成盤形，再用環(huán)氧樹脂熱固化成型。圖后把全部線圈排列成盤形，再用環(huán)氧樹脂熱固化成型。圖3 - 313 - 31為印制繞組盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。由此圖可見，它為印制繞組盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。由此圖可見，它不單獨(dú)設(shè)置換向器，而是利用靠近轉(zhuǎn)軸的電樞端部兼

37、作換向器，不單獨(dú)設(shè)置換向器，而是利用靠近轉(zhuǎn)軸的電樞端部兼作換向器，但導(dǎo)體表面需另外鍍一層耐磨材料，以延長(zhǎng)使用壽命。圖但導(dǎo)體表面需另外鍍一層耐磨材料，以延長(zhǎng)使用壽命。圖3 - 323 - 32為線繞式盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。為線繞式盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)具有與杯形電樞類似的特點(diǎn)盤形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)具有與杯形電樞類似的特點(diǎn)(1) (1) 電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。(2)

38、 (2) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。由于電樞繞組全部在氣隙中，散熱良好，其繞組電起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。由于電樞繞組全部在氣隙中，散熱良好，其繞組電流密度比一般普通的直流伺服電動(dòng)機(jī)高流密度比一般普通的直流伺服電動(dòng)機(jī)高1010倍以上，因此容許的起動(dòng)電流倍以上，因此容許的起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也大。大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也大。(3) (3) 力矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)速范圍廣而平滑，能在力矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)速范圍廣而平滑，能在120120的的速比范圍內(nèi)可靠平穩(wěn)運(yùn)行。這主要是由于這種電機(jī)沒有齒槽效應(yīng)以及速比范圍內(nèi)可靠平穩(wěn)運(yùn)行。這主要是由于這種電機(jī)沒有齒槽效應(yīng)以及電樞元件數(shù)、換向片數(shù)很多的緣故。電樞元件數(shù)、換向片數(shù)很多的緣故

39、。 (4) (4) 換向性能好。電樞由非磁性材料組成，換向元件電感小，所以換換向性能好。電樞由非磁性材料組成，換向元件電感小，所以換向火花小。向火花小。 (5) (5) 電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)快，機(jī)電時(shí)間常數(shù)一般為電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)快，機(jī)電時(shí)間常數(shù)一般為101015 ms15 ms, ,屬于屬于中等低慣量伺服電動(dòng)機(jī)。中等低慣量伺服電動(dòng)機(jī)?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī) (Control Electrical Machine)第六章第六章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第3 3章章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)3. 3. 無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)無槽電樞直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通直流電動(dòng)機(jī)的差別僅僅是電樞鐵心無槽電樞直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通直流電動(dòng)機(jī)的差別僅僅是電樞鐵心是光滑、無槽的圓柱體。電樞的制造是將敷設(shè)在光滑電樞鐵心表面的是光滑、無槽的圓柱體。電樞的制造是將敷設(shè)在光滑電樞鐵心表面的繞組，用環(huán)氧樹脂固化成型并與鐵心粘結(jié)在一起，其氣隙尺寸較大，繞組，用環(huán)氧樹脂固化成型并與鐵心粘結(jié)在