驅(qū)動和控制微電機1教學課件

驅(qū)動和控制微電機(1)幻燈片PPT本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！驅(qū)動和控制微電機(1)幻燈片PPT本課件PPT僅供大微控電機在本質(zhì)上和我們以前所講的普通電機并沒有區(qū)別,只是他們的側(cè)重點不同而已:普通旋轉(zhuǎn)電機主要是進行能量變換，要求有較高的力能指標；而控制電機主要是對控制信號進行傳遞和變換，要求有較高的控制性能，如要求反應快、精度高、運行可靠等等?？刂齐姍C因其各種特殊的控制性能而常在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件、檢測元件和解算元件。微控電機:由驅(qū)動微電機和控制電機構(gòu)成簡稱為微控電機.微控電機在本質(zhì)上和我們以前所講的普通電機并沒有區(qū)別,只是他們驅(qū)動微電機:用來拖動各種小型負載,功率一般都在750W以下,最小的不到1W,因此外形尺寸較小,相應的功率也小,本章主要介紹單相異步電動機,微型同步電動機,直線電動機.控制電機:在自動控制系統(tǒng)中對信號進行傳遞和變換,用做執(zhí)行元件或信號元件.要求有較高的控制性能,如:反應快,精度高,運行可靠等等.本章主要介紹伺服電動機,步進電動機,旋轉(zhuǎn)變壓器,自整角機和測速發(fā)電機.驅(qū)動微電機:用來拖動各種小型負載,功率一般都在750W以下,第一節(jié)

單相異步電動機一、單相異步電動機簡介：單相電動機由單相電源供電，它廣泛應用于家用電器和醫(yī)療器械上，如電風扇、電冰箱、洗衣機、空調(diào)設備和醫(yī)療器械中都使用單相電動機作為原動機二、工作原理：1、一相定子繞組通電時的機械特性：第一節(jié)單相異步電動機一、單相異步電動機簡介：驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件結(jié)論：1>當n>0時，轉(zhuǎn)矩T>0，此時的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的，電機屬于正轉(zhuǎn)運行2>當n<0時，轉(zhuǎn)矩T<0，此時的電磁轉(zhuǎn)矩仍然是驅(qū)動性質(zhì)的，電機反轉(zhuǎn)運行3>當n=0時，轉(zhuǎn)矩T=0，顯然這是不行的，電機將無法起動，即，我們希望當轉(zhuǎn)速=0時，轉(zhuǎn)矩不應為零！由此可見，單個繞組通電，電機可以運行，但不能起動，因此必須有兩相繞組才行。結(jié)論：2、兩相繞組通電時的機械特性：從圖形可以看出，此時的電機可以順利起動，從上面的分析結(jié)果可知，單腥異步電動機的關(guān)鍵問題是如何起動的問題，而起動的必要條件是：1）定子具有空間不同相位的兩個繞組2）兩相繞組中要通入不同相位的交流電流第一個條件顯然應該是滿足的，所以，現(xiàn)在的關(guān)鍵問題是如何實現(xiàn)電流的分相問題，根據(jù)分相方法的不同，我們把單相異步電動機又分為：2、兩相繞組通電時的機械特性：1）單相電阻分相起動異步電動機2）單相電容分相起動異步電動機3）單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機4）單相電容起動與運轉(zhuǎn)異步電動機5）單相罩極式異步電動機下面，我們分別來看一下：三、各種類型的單相異步電動機：1、單相電阻分相起動異步電動機1）單相電阻分相起動異步電動機驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件

這種電動機，由于兩相繞組中電流的相位相差不大，所以，氣隙磁動勢是一個橢圓形，因此起動電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩卻不是很大。2、單相電容分相起動異步電動機：這種電動機，由于兩相繞組中電流的相位相差不大，所以，氣優(yōu)點：1）如果電容器的電容量配的合適，可以實現(xiàn)兩個電流之間的相位差為90，2）副繞組的容性可以抵消一些本身所有的感抗，使電抗減小，所以副繞組的匝數(shù)不象電阻分相時受到限制，從而可以增加一些，使的磁動勢增加。這兩點的實現(xiàn)，可以使我們得到一個接近圓形的磁動勢，即較大的起動轉(zhuǎn)矩，而起動電流還會下降！優(yōu)點：3、單相罩極式異步電動機3、單相罩極式異步電動機驅(qū)動和控制微電機1教學課件第二節(jié)

伺服電動機伺服電動機（執(zhí)行電動機），它將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出，改變輸入信號的大小和極性可以改變伺服電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，故輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。根據(jù)使用電源的不同，伺服電動機分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。直流伺服電動機輸出功率較大，功率范圍為1～600瓦，有的甚至可達上千瓦；而交流伺服電動機輸出功率較小，功率范圍一般為0.1～100瓦。第二節(jié)伺服電動機伺服電動機（執(zhí)行電動機），它將輸入的電壓一、直流伺服電動機1、簡介：直流伺服電動機實際上就是他勵直流電動機，只不過直流伺服電動機輸出功率較小而已。輸入的控制信號，既可加到勵磁繞組上，也可加到電樞繞組上：若把控制信號加到電樞繞組上，通過改變控制信號的大小和極性來控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小和方向，這種方式叫電樞控制；若把控制信號加到勵磁繞組上進行控制，這種方式叫磁場控制。一、直流伺服電動機2：特性分析：1）機械特性：2：特性分析：2）調(diào)節(jié)特性：驅(qū)動和控制微電機1教學課件二、交流伺服電動機：伺服電動機就是兩相異步電動機，定子側(cè)繞組再空間相差90度擺放，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。二、交流伺服電動機：驅(qū)動和控制微電機1教學課件1、自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：如果電機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，那么當控制信號消失時，電機轉(zhuǎn)速雖會下降些，但仍會繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動。伺服電動機在控制信號消失后仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。2、如何克服：顯然,我們需要的是當控制信號為零時,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也為零,從機械特性圖上我們可以看出,只要轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向和電磁轉(zhuǎn)矩的方向相反,就可以實現(xiàn)此目的,那么.從我們以前所學的知識可得:1、自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：如果電機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，那么當使電機制動到停止，從而消除“自轉(zhuǎn)”增加轉(zhuǎn)子電阻，使正向磁場產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的Sm+≥1，使正向旋轉(zhuǎn)的電機在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，即為制動轉(zhuǎn)矩，使電機制動到停止；若電機反向旋轉(zhuǎn)，則在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為正值，也為制動轉(zhuǎn)矩，如圖使電機制動到停止，從而消除“自轉(zhuǎn)”增加轉(zhuǎn)子電阻，使正向磁場產(chǎn)驅(qū)動和控制微電機1教學課件3、改變控制電壓的方法：1）幅值控制：如圖所示，幅值控制通過改變控制電壓的大小來控制電機轉(zhuǎn)速，此時控制3、改變控制電壓的方法：電壓與勵磁電壓之間的相位差始終保持90°電角度。若控制繞組的額定電壓,那么控制信號的大小可表示Ｕc＝ＵcN,稱為有效信號系數(shù)，那么以Ｕcn為基值，控制電壓的標么值為：電壓與勵磁電壓之間的相位差始終保持90°電角度。若控制繞當有效信號系數(shù)＝１時，控制電壓與的幅值相等，相位相差90°電角度，且兩繞組空間相差90°電角度。此時所產(chǎn)生的氣隙磁通勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距最大；當<１時，控制電壓小于勵磁電壓的幅值，所建立的氣隙磁場為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小。越小，氣隙磁場的橢圓度越大，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩越小，電機轉(zhuǎn)速越慢，在＝０時，控制信號消失，氣隙磁場為脈振磁場，電機不轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。幅值控制的交流伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性如下圖所示。圖中的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都采用標么值。2）相位控制當有效信號系數(shù)＝１時，控制電壓與的幅值相等，驅(qū)動和控制微電機1教學課件2）相位控制:這種控制方式通過改變控制電壓與勵磁電壓之間的相位差來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制，而控制電壓的幅值保持不變。如圖所示，勵磁繞組直接接到交流電源上，而控制繞組經(jīng)移相器后接到同一交流電壓上，與的頻率相同。而相位通過移相器可以改變，從而改變兩者之間的相位差,2）相位控制:Sin稱為相位控制的信號系數(shù)。改變與相位差的大小，可以改變電機的轉(zhuǎn)速。相位控制的機械特性和調(diào)節(jié)特性與幅值控制相似，也為非線性。Sin稱為相位控制的信號系數(shù)。改變與相位差（3）幅值—相位控制:如圖所示,我們還可以通過同時改變幅值和相位的方法來實現(xiàn)對控制電壓的改變:（3）幅值—相位控制:幅度—相位控制線路簡單，不需要復雜的移相裝置，只需電容進行分相，具有線路簡單、成本低廉、輸出功率較大的優(yōu)點，因而成為使用最多的控制方式。幅度—相位控制線路簡單，不需要復雜的移相裝置，只需電容進第三節(jié)微型同步電動機微型同步電動機的定子結(jié)構(gòu)與一般的同步電動機相同，可以是三相的也可是單相的，但轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，微型同步電動機主要分為永磁式、反應式、磁滯式等，另外為了提高力能指標，還將磁滯式與其他形式結(jié)合起來。下面主要介紹永磁式和磁滯式微型同步電動機。第三節(jié)微型同步電動機微型同步電動機的定子結(jié)構(gòu)與一般一、永磁式微型同步電動機：一、永磁式微型同步電動機：當電動機正常運行時，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)。與普通同步電機一樣，永磁式微型同步電動機采用異步起動法：在起動過程中，轉(zhuǎn)子上的鼠籠起動繞組在定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場下產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，使電機起動。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速n1時，轉(zhuǎn)子被“牽入同步”永磁式同步電動機功率小，結(jié)構(gòu)簡單，在電氣儀表中應用較多。當電動機正常運行時，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1二、反應式微型同步電動機反應式微型同步電動機的轉(zhuǎn)子用磁極材料和非磁極材料拼鑲而成，使其直軸方向的磁阻小而交軸方向的磁阻大。當反應式同步電動機定子繞組接交流電源，由于直軸和交軸的磁阻不同，從而形成磁阻轉(zhuǎn)矩（也叫反應轉(zhuǎn)矩），拖動負載同步運行。三、磁滯式微型同步電動機二、反應式微型同步電動機轉(zhuǎn)子磁滯材料層用硬磁材料制成，硬磁材料的磁滯現(xiàn)象十分突出，具有較寬的磁滯回線，其剩磁和矯頑力都很大，換句話說，既是當外加的磁場發(fā)生變化時，磁滯現(xiàn)象明顯的材料不會輕易就隨之發(fā)生相應的改變，他會有一個時間上的落后，這樣，再外加磁場和轉(zhuǎn)子之間就會產(chǎn)生一個磁滯轉(zhuǎn)矩，再這個轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁滯材料層用硬磁材料制成，硬磁材料的磁滯現(xiàn)象十分突出，磁滯同步電動機憑借磁滯轉(zhuǎn)矩而能自行起動，在起動過程中，磁滯角的大小僅僅取決于硬磁材料的磁化特性，而與旋轉(zhuǎn)磁通勢和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無關(guān)，轉(zhuǎn)子的硬磁材料在旋轉(zhuǎn)磁化下，磁滯角是恒定的。磁滯同步電動機憑借磁滯轉(zhuǎn)矩而能自行起動，在起動過程中，磁滯角驅(qū)動和控制微電機1教學課件第四節(jié)

步進電動機一、定義：是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的電動機。簡單的理解：給一個電脈沖信號，電機前進一步，因此被稱之為步進電動機。相對與模擬的電壓信號，步進電機的控制信號是數(shù)字量，因此，更廣泛的應用在數(shù)字控制場合，例如，計算機的外圍控制系統(tǒng)等。二、結(jié)構(gòu)：如圖所示，第四節(jié)步進電動機一、定義：是一種把電脈沖信號三、工作原理：如圖，在這里我們以三相單三拍的反應式電機為例來進行分析：三、工作原理：相關(guān)概念：1、靜轉(zhuǎn)矩T：2、步距角：在靜轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子齒每前進一步在電機圓周上所跨過的距離，我們用一個角度來表示，叫做步距角。3、拍(N)：每改變一次通電方式叫做一拍，常用為三拍。4、通電循環(huán)：控制繞組各完成一次通電形成一個通電循環(huán)，通過后面的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，每經(jīng)過一個通電循環(huán)，（即對應一個2π的空間電角度）轉(zhuǎn)子齒前進一個齒距的距離，因此，轉(zhuǎn)子一個齒距對應一個2π的空間電角度。5、單：每次改變通電方式只有一個繞組通電相關(guān)概念：6、雙：每改變一次通電方式有兩相繞組同時通電.7、三相單三拍：三相單，雙六拍；三相雙三拍。因此,它的通電順序為A-B-C-A,如果反向,即為A-C-B-A8、三相單，雙六拍的工作原理：如圖6、雙：每改變一次通電方式有兩相繞組同時通電.它的通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A由上面的分析可知，同一臺步進電機，其通電方式不同，步距角可能不一樣，采用單雙拍通電方式，其步矩角S是單拍或雙拍的一半；采用雙極通電方式，其穩(wěn)定性比單極要好。四、運行特性：1、靜態(tài)運行特性：步進電動機不改變通電情況的運行狀態(tài)稱為靜態(tài)運行。

失調(diào)角：電機定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角叫做失調(diào)角，用電角度表示。這樣，我們作出靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角之間的特性曲線，叫做矩角特性。經(jīng)分析，靜轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角的關(guān)系近似為：T=-Csin它的通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A這樣，我們就可以作出相應的曲線。這樣，我們就可以作出相應的曲線。由此我們可以發(fā)現(xiàn)步進電動機的工作過程就是實現(xiàn)失調(diào)角為零的過程.由此我們可以發(fā)現(xiàn)步進電動機的工作過程就是實現(xiàn)失調(diào)角為零的過程2、步進運行狀態(tài)：當電脈沖頻率較低，電機轉(zhuǎn)子完成一步之后，下一個脈沖才到來，電機一步一停的轉(zhuǎn)動，這種狀態(tài)稱之為步進運行狀態(tài)。1）空載運行情況：如圖2、步進運行狀態(tài)：當電脈沖頻率較低，電機轉(zhuǎn)子完成一步之后，下相關(guān)概念：1）靜穩(wěn)定區(qū)：正在通電的繞組的靜穩(wěn)定區(qū)稱之為靜穩(wěn)定區(qū)。A相通電時，-<<為靜穩(wěn)定區(qū)2）動穩(wěn)定區(qū)：下一個通電繞組的靜穩(wěn)定區(qū)稱之為動穩(wěn)定區(qū)，如圖所示。-+s<<+θs（圖中θs=）,在換接的瞬間，轉(zhuǎn)子的位置只要停留在此區(qū)域內(nèi)，就能趨向新的穩(wěn)定平衡點b，所以區(qū)域（-+b，+b）稱為動穩(wěn)定區(qū)。相關(guān)概念：

通電時，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一步最后停留的位置必須在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，即：靜、動穩(wěn)定區(qū)必須有所重疊，且從穩(wěn)定性的角度來看，重疊區(qū)間越大越好，這樣，下一步就可繼續(xù)沿著原來的旋轉(zhuǎn)方向前進。通電時，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一步最后停留的位置必須在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，2）負載運行情況：如圖所示2）負載運行情況：如圖所示分析：

負載運行時，轉(zhuǎn)子除了每一步必須停留在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，還必須滿足，在每一步的平衡點處，下一相通電的靜轉(zhuǎn)矩T>TL,這樣，轉(zhuǎn)子就可以一步一步的沿著原來的方向繼續(xù)進行，步進電機能夠帶負載作步進運行的最大值TLmax即是兩相矩角曲線交點處的電機靜轉(zhuǎn)矩。分析：3、連續(xù)運行狀態(tài)：當脈沖的頻率f增高，前一個脈沖還未結(jié)束，下一個脈沖已經(jīng)到來，此時，步進電動機已經(jīng)不是一步一步地轉(zhuǎn)動，而是呈連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，脈沖頻率升高，電機轉(zhuǎn)速增加。我們同樣可以作出相應的矩頻特性。如圖（步進電機的平均轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動電源脈沖頻率的關(guān)系叫做矩頻特性）注意：電機繞組就是一個電感線圈，這樣他就具有抵抗電流變化的現(xiàn)象，使得3、連續(xù)運行狀態(tài)：控制繞組的電流來不及上升到穩(wěn)態(tài)值。頻率越高，電流上升到達的數(shù)值也就越小，因而電機的電磁轉(zhuǎn)矩也越小。這樣，電機的帶載能力就有所下降！四、相關(guān)計算：從前面的分析，我們已經(jīng)看到雙拍電機的穩(wěn)定性要比單拍電機的好，其實也就是步距角應該越小越好，所以從電機的穩(wěn)定性及控制精度考慮出發(fā)，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)應該盡可能的增加，控制繞組的電流來不及上升到穩(wěn)態(tài)值。頻率越高，電流上升到達的數(shù)對于步距角的表示通常有兩種方式：1）用電角度：θS=2π/N例如：三拍式，θS=2π/3，六拍式：θS=2π/6=π/32）實際應用中，往往用機械角度來表示：這樣，步進電動機轉(zhuǎn)速為：對于步距角的表示通常有兩種方式：其中，每個定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為：式中m為相數(shù)，2p為一相繞組通電時在氣隙圓圍上形成的磁極數(shù)，K為正整數(shù)。那么轉(zhuǎn)子總的齒數(shù)為其中，每個定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為：具體舉例來看：一臺三相六極轉(zhuǎn)子40個齒得到反應式步進電動機，求N為3和6時的步距角。N=3時，θS=3600/Zr3=30N=6時，θS=3600/Zr6=1.50常見的步進電動機的步距角有：1.20/0.60，1.50/0.750，1.80/0.90等。具體舉例來看：五、步進電機的應用步進電動機是用脈沖信號控制的，一周的步數(shù)是固定的，只要不丟步，角位移誤差不存在長期積累的情況，主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進電動機已廣泛地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機床、計算機外圍設備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印刷設備等中亦有應用。

五、步進電機的應用第五節(jié)

旋轉(zhuǎn)變壓器一、定義：當旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加單相交流電時，其轉(zhuǎn)子繞組輸出的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦余弦關(guān)系或線性關(guān)系等函數(shù)關(guān)系。二、分類：根據(jù)輸出的函數(shù)關(guān)系的不同，旋轉(zhuǎn)變壓器可分為很多類，其中正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，線性旋轉(zhuǎn)變壓器較為常用。三、正，余鉉旋轉(zhuǎn)變壓器第五節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器一、定義：當旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加單相1、工作原理：1）空載運行時：旋轉(zhuǎn)變壓器的定子鐵芯槽中裝有兩套完全相同的繞組D1D2和D3D4，但在空間上相差90。每套繞組的有效匝數(shù)為ND，其中D1D2繞組為直軸繞組，D3D4繞組為交軸繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯槽中也裝有兩套完全相同的繞組Z1Z2和Z3Z4，在空間上也相差90，每套繞組的有效匝數(shù)為NZ。轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)子上的輸出繞組Z1Z2的軸線與定子的直軸之間的角度叫做轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。1、工作原理：驅(qū)動和控制微電機1教學課件A：氣隙磁場ΦD與輸出繞組Z1Z2相交鏈的磁通ΦZ12=ΦDcos。B：另一輸出繞組Z3Z4的軸線與磁場軸線（直軸）的夾角為90-，那么氣隙磁場ΦD與Z3Z4相交鏈的磁通

ΦZ34=ΦDcos（90-）=ΦDsin，據(jù)上述分析，氣隙磁場ΦD在勵磁繞組中所感生的電動勢為：ED12=4.44fNDΦD相對應的在輸出繞組感應的電動勢為：A：氣隙磁場ΦD與輸出繞組Z1Z2相交鏈的磁通EZ12=4.44fNZΦDcosEZ34=4.44fNZΦDsin另外輸出繞組與勵磁繞組的有效匝數(shù)比為因而輸出繞組Z1Z2和Z3Z4的端電壓分別為UZ12=KUDcosUZ34=KUDsinEZ12=4.44fNZΦDcos可見，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小，輸出繞組Z1Z2輸出的電壓按余弦規(guī)律變化，故又叫余弦輸出繞組，繞組Z3Z4輸出的電壓按正弦規(guī)律變化，故叫做正弦輸出繞組。

2）負載運行時：在實際應用中，輸出繞組都接有負載，如圖所示：可見，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小，輸出繞組Z1Z2輸出的電壓按驅(qū)動和控制微電機1教學課件輸出繞組有電流流過，從而產(chǎn)生磁通勢，使氣隙磁場產(chǎn)生畸變，從而使輸出電壓產(chǎn)生畸變，不再是轉(zhuǎn)角的正、余弦函數(shù)關(guān)系。這不是我們所希望的，所以我們就要想辦法去消除這個畸變。補償?shù)姆椒ㄊ菑南驕p弱造成電壓畸變的交軸分量磁勢入手。一、二次側(cè)（轉(zhuǎn)子）補償方法：驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件兩個完全一樣的正余弦輸出繞組如果接的負載一樣，那么兩繞組產(chǎn)生的交軸方向的磁勢大小相等方向相反，剛好抵消，沒有交軸磁場；而在直軸方向上磁勢為兩繞組直軸分量磁勢之和。注意：上面所闡述的二次側(cè)補償是有條件的，即ZL=Z'L，但如有偏差，交軸方向的磁勢不能完全抵消，輸出還是有畸變的，為此可以采用一次側(cè)補償來消除交軸磁場。兩個完全一樣的正余弦輸出繞組如果接的負載一樣，那么兩繞二、一次側(cè)（定子）：定子的勵磁繞組仍接交流電源，而D3D4作為補償繞組通過阻抗Z或直接短接，在繞組D3D4中產(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生交軸方向磁通勢，補償轉(zhuǎn)子繞組的交軸磁勢。

為了減小誤差，使用時常常把一次側(cè)、二次側(cè)補償同時使用！二、一次側(cè)（定子）：四、線性旋轉(zhuǎn)變壓器：線性旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。事實上正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ很小的時候近似有Sin=，此時就可看作一臺線旋轉(zhuǎn)變壓器。在轉(zhuǎn)角不超過4.5時，線性度在0.1%以內(nèi)。若要擴大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角范圍，可將正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的線路進行改接，定子繞組D1D2與轉(zhuǎn)子繞組Z1Z2串聯(lián)后接到交流電源四、線性旋轉(zhuǎn)變壓器：驅(qū)動和控制微電機1教學課件單相電流接入繞組后產(chǎn)生的脈振磁通Φd是一個直軸脈振磁通，它與勵磁繞組、余弦正弦繞組交鏈而分別產(chǎn)生感應電動勢：ED12=4.44fNDΦdEZ12=4.44fNZΦdcosEZ34=4.44fNZΦdsin經(jīng)過化減整理后：單相電流接入繞組后產(chǎn)生的脈振磁通Φd是一個直軸脈振磁通

用數(shù)學推導可證明，當K=0.52，=60的范圍內(nèi)，輸出電壓UZ和轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系，線性誤差不超過0.1%。用數(shù)學推導可證明，當K=0.52，=60的范圍內(nèi)，五、旋轉(zhuǎn)變壓器的應用：轉(zhuǎn)變壓器常在自動控制系統(tǒng)中作解算元件可進行矢量求解、坐標變換、加減乘除運算微分積分運算，也可在角度傳輸系統(tǒng)中作自整角機使用。五、旋轉(zhuǎn)變壓器的應用：第六節(jié)

自整角機一、定義：在自動控制系統(tǒng)中，常常需要指示位置和角度的數(shù)值，或者需要遠距離調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的速度，或者需要某一根或多根軸隨著另外的與其無機械連接的軸同步轉(zhuǎn)動，這樣，就出現(xiàn)了自整角機，即用來實現(xiàn)自動指示角度和同步傳輸角度的一類控制電機。第六節(jié)自整角機一、定義：

二、結(jié)構(gòu)：自整角機通常是兩臺或兩臺以上組合使用，產(chǎn)生信號的自整角機稱為發(fā)送機，它將軸上的轉(zhuǎn)角變換為電信號，接收信號的自整角機稱為接收機，它將發(fā)送機發(fā)送的電信號變換為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)角度的傳輸、變換和接收。在隨動系統(tǒng)中主令軸只有一根，而從動軸可以是一根，也可以是多根，主令軸安裝發(fā)送機，從動軸安裝接受機，故而一臺發(fā)送機帶一臺或多臺接受機。主令軸與從動軸之間的角位差，稱為失調(diào)角。

二、結(jié)構(gòu)：通常做成兩極電機。自整角機的定子鐵芯嵌有三相對稱分布繞組，稱為整步繞組，也叫同步繞組，聯(lián)結(jié)為星形接法，轉(zhuǎn)子上放置單相勵磁繞組，可以做成凸極結(jié)構(gòu)，也可做成隱極結(jié)構(gòu)，這兩種方式都是勵磁繞組經(jīng)集電環(huán)和電刷后接勵磁電源。另外，也可把定子做成凸極式，轉(zhuǎn)子做成隱極式，三相整步繞組嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)，并經(jīng)集電環(huán)和電刷引出，而單相勵磁繞組安裝在定子凸極上。如圖所示：通常做成兩極電機。自整角機的定子鐵芯嵌有三相對稱分布繞驅(qū)動和控制微電機1教學課件自整角機工作時，發(fā)送機的勵磁繞組接在單相交流電源上，發(fā)送機和接收機的三相整步繞組中，同樣相號的引出線接在一起，在這里，為了表示清楚，我們把勵磁繞組與整步繞組分開畫，習慣上，勵磁繞組畫在上邊，整步繞組畫在下邊，圖中，下標為F的是發(fā)送機，畫在左邊，下標為J的是接收機，畫在右邊，我們先分析只有發(fā)送機勵磁繞組接電源時的電磁關(guān)系，暫不考慮接收機勵磁繞組的情況。自整角機工作時，發(fā)送機的勵磁繞組接在單相交流電源上，發(fā)三、分類：自整角機按自整角輸出量可分為力矩式自整角機和控制式自整角機兩種。四、工作原理：1、發(fā)送機勵磁繞組通電時自整角機的磁動勢：在這里我們把發(fā)送機勵磁繞組的軸線定為d軸，與其垂直的的方向是q軸，如圖所示：三、分類：驅(qū)動和控制微電機1教學課件原理分析：當發(fā)送機轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組接入單相交流電流時，產(chǎn)生的是正弦分布的脈振磁場，與發(fā)送機三相整步繞組相交鏈而感應產(chǎn)生電動勢。如果發(fā)送機三相整步繞組的某相（如A相）與磁勵繞組的軸線重合作為起始位置，那么此時該相的感應電動勢，其有效值為

E=4.44fNkNΦm原理分析：如果發(fā)送機轉(zhuǎn)子的位置角為1，如圖所示，那么由發(fā)送機勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場在其各相整步繞組中感應的電勢的有效值分別為E1a

=Ecos1E1b

=Ecos(1－120)E1c

=Ecos(1－240)設自整角發(fā)送機的每相整步繞組的阻抗為Z1，自整角變壓器每相整步繞組的阻抗為Z2，為了便于分析，把兩臺自整角機的三相整步繞組的星點連接起來，那么三相整步繞組的回路電流分別為如果發(fā)送機轉(zhuǎn)子的位置角為1，如圖所示，那么由發(fā)送機勵三相整步繞組星點連線中的電流為

I0=Ia+Ib+Ic=Icos1+Icos(-120)+Icos(-240)

=0驅(qū)動和控制微電機1教學課件

連線中并沒有電流，實際線路中并不需要連接，分析時連接只不過為了便于分析而已。由于三相整步繞組的電勢都是由同一個脈振磁通感應產(chǎn)生，又因控制式自整角發(fā)送機和自整角變壓器的每相整步繞組回路的阻抗都相同，因而整步繞組的每一相繞組回路的電流是同頻同相位的，那么其合成磁勢為空間分布的脈振磁勢。自整角發(fā)送機每相磁勢幅值為

連線中并沒有電流，實際線路中并不需要連接，分析時連接只不

為了分析的方便，通常把整步繞組中三個空間脈振磁勢分解為直軸分量和交軸分量，勵磁繞組為直軸，也稱d軸，交軸與直軸在空間相差90，稱為q軸。那么控制式自整角發(fā)送機三相繞組的直軸分量磁勢為F1d=F1acos1+F1bcos(1-120)+F1ccos(1-240)=Fmcos21+Fmcos2(1-120)+Fmcos2(1-240)=Fm

交軸分量的磁通勢為F1q=F1asin1+F1bsin(1-120)+F1csim(1-240)=Fmcos1sin1+Fmcos(1-120)sin(1-120)+Fmcos(1-240)sim(1-240)=0上述公式表明，控制式自整角發(fā)送機的三相繞組合成磁勢沒有交軸分量，只有直軸分量，即合成磁勢是一個直軸磁勢，與勵磁繞組同軸，與1無關(guān)。交軸分量的磁通勢為自整角變壓器的三相繞組電流就是發(fā)送機繞組電流，只不過對發(fā)送機而言，電流是“流出”的，對于接收機（自整角變壓器）而言，電流是“流入”的，如圖所示,因而在接收機整步繞組中產(chǎn)生的磁通勢F1＇與F1大小相等，方向相反，也與1無關(guān)。驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件自整角變壓器的輸出電勢：如果自整角變壓器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角2等于自整角發(fā)送機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角1，則自整角變壓器三相繞組合成磁勢所產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子輸出繞組同軸線，那么在轉(zhuǎn)子輸出繞組中感應電動勢Em的值最大，如果21，自整角變壓器定子合成磁勢與轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線夾角為=1-2，如圖所示，此時轉(zhuǎn)子輸出繞組感生的電動勢為：E2=Emcos(1－2)=Emcos自整角變壓器的輸出電勢：由上式知，自整角變壓器輸出電壓（電勢）為失調(diào)角的余弦函數(shù)，在實際控制系統(tǒng)中會帶來一些問題。（1）當隨動系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)位置（即失調(diào)角=0）時，希望自整角變壓器的輸出電壓為0，當0時，才有電壓信號輸出，送到交流伺服電動機中，使伺服電動機旋轉(zhuǎn)以清除，但如按圖工作，那么，在失調(diào)角為0時，自整角變壓器輸出電壓反而最大，增大，輸出電壓反而減小，與實際需要相反。（2）失調(diào)角是有方向的，是順時針還是反時針是必須明確的，即的正負值是表明方向的，但上述系統(tǒng)中不管為正還是為負，其輸出的電壓都是正的，因為Ecos(-)=Ecos.由上式知，自整角變壓器輸出電壓（電勢）為失調(diào)角的余弦為了解決上述問題，在實際使用的系統(tǒng)中，自整角發(fā)送機的a相定子繞組線作直軸，其轉(zhuǎn)子繞組以直軸作起始位置，而把自整角變壓器轉(zhuǎn)子輸出繞組放在交軸上，事實上，把自整角變壓器的轉(zhuǎn)子由原來的協(xié)調(diào)位置（=0）處旋轉(zhuǎn)90作為起始位置，那么輸出繞組感應電動勢

E2=Em(-90)=Emsin

為了解決上述問題，在實際使用的系統(tǒng)中，自整角發(fā)送機的a相空載時，輸出電壓U2=E2，負載時，輸出電壓下降，若選擇輸入阻抗大的放大器作為負載，則自整角變壓器輸出電壓下降不大。自整角變壓器的輸出電壓U2隨失調(diào)角變化的曲線如圖所示。自整角變壓器在協(xié)調(diào)位置即=0時，輸出電壓為0，當=1時輸出的電壓值叫比電壓U0，比電壓越大，控制系統(tǒng)越靈敏?？蛰d時，輸出電壓U2=E2，負載時，輸出電壓下降，若選2、力矩式自整角機：在隨動系統(tǒng)中，不需放大器和伺服電動機的配合，兩臺力矩式自整角機就可進行角度傳遞，因而常用以轉(zhuǎn)角指示。其工作原理如圖：兩臺電機的勵磁繞組接到同一單相交流電源上，三相整步繞組對應相接。假設三相整步繞組產(chǎn)生的磁勢在空間按正弦規(guī)律分布，磁路不飽和，并忽略電樞反應，那么在分析時便可用迭加原理。驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件當發(fā)送機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為1，接收機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為2，在上述假設條件下，力矩式自整角機工作時電機內(nèi)磁勢情況可以看成發(fā)送機勵磁繞組與接收機勵磁繞組分別單獨接電源時所產(chǎn)生的磁勢的線性疊加。力矩式自整角機的轉(zhuǎn)矩是定子磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢相互作用而產(chǎn)生的。為分析自整角機的力矩，我們先來看看直軸、交軸磁勢是如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的。驅(qū)動和控制微電機1教學課件1）、直軸、交軸磁勢是如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的：驅(qū)動和控制微電機1教學課件A：在直軸磁通（磁勢）下，通電線圈產(chǎn)生的也是直軸磁勢，此時線圈也受到的電磁力F的方向如圖所示，顯然不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。同樣的圖是產(chǎn)生交軸磁勢的線圈在交軸磁通（磁勢）下也不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。B：在直軸磁通（磁勢）下，通電線圈產(chǎn)生的是交軸磁勢，線圈邊受力方向相反，使線圈產(chǎn)生順時針力矩，最終使線圈停在水平位置，兩磁勢的軸線重合，同樣的，圖是產(chǎn)生直軸磁勢的線圈在交軸磁通（磁勢）下受到逆時針的轉(zhuǎn)矩。A：在直軸磁通（磁勢）下，通電線圈產(chǎn)生的也是直軸磁勢，此時線綜上所述，同軸磁勢不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，直軸磁勢與交軸磁勢能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是使兩磁勢磁軸線靠攏。2）、力矩自整角機的力矩及方向：在接收機中，F(xiàn)2與勵磁磁勢Ff是同軸磁勢，故不會產(chǎn)生力矩，而F1'與Ff軸線的夾角即失調(diào)角=1-2，不同軸的磁勢則產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩：若把F2作直軸，那么可把F1'分為直軸分量F1'cos交軸分量F1'sin，如圖所示。直軸分量與Ff同軸不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，交軸分量F1'sin則與Ff產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩稱為整步轉(zhuǎn)矩。若=90時產(chǎn)生的最大整步轉(zhuǎn)矩為Tm，那接收機所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩可以表達為T=Tmsin綜上所述，同軸磁勢不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，直軸磁勢與交軸磁勢能夠產(chǎn)

當失調(diào)角越大，自整角接收機產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)矩的方向是使Ff和F1'靠攏，即轉(zhuǎn)子往失調(diào)角減小的方向旋轉(zhuǎn)，如為空載，最終會消除失調(diào)角，此時，兩個力矩式自整角機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角相等1=2，=1-2=0，隨動系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)位置。但實際上，由于機械摩擦等原因的影響，使空載時失調(diào)角并不為0，而存在著一個較小的Δ，誤差Δ叫做靜態(tài)誤差，即自整角發(fā)送機和接受機轉(zhuǎn)子停止不轉(zhuǎn)時的失調(diào)角。

驅(qū)動和控制微電機1教學課件角存在而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，以減小失調(diào)角，換言之，是接收機跟隨發(fā)送機旋轉(zhuǎn)。失調(diào)角與靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系曲線如圖所示，當失調(diào)角=1時的靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩稱比整步轉(zhuǎn)矩，其值愈大，則系統(tǒng)靈敏度愈高。角存在而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，以減小失調(diào)角，換言之，由此可見,力矩式自整角機和控制式自整角機的區(qū)別在于:自整角機控制系統(tǒng)中，當失調(diào)角產(chǎn)生時，力矩自整角接收機輸出與失調(diào)角成正弦關(guān)系的轉(zhuǎn)矩，直接帶動接收機軸上的機械負載，直至消除失調(diào)角。但力矩式自整角機力矩不大，如果機械負載較大，則采用控制式自整角機系統(tǒng)，自控式自整角機把失調(diào)角轉(zhuǎn)換為正弦關(guān)系的電壓輸出，經(jīng)過電壓放大器放大后送到交流伺服電動機的控制繞組中，使伺服電機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)齒輪減速后帶動機械負載轉(zhuǎn)動，直到消除失調(diào)角。由此可見,力矩式自整角機和控制式自整角機的區(qū)別在于:自整角機

自整角機的應用：自整角機的應用越來越廣泛，常用于位置和角度的遠距離指示，如在飛機、艦船之中常用于角度位置、高度的指示，雷達系統(tǒng)中用于無線定位等等；另一方面常用于遠距離控制系統(tǒng)中，如軋鋼機軋輥控制和指示系統(tǒng)、核反應堆的控制棒指示等等。

第七節(jié)

測速發(fā)電機一、定義：測速發(fā)電機是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機，它把輸入的機械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出，并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比：U2=Cn測速發(fā)電機分直流和交流兩大類。第七節(jié)測速發(fā)電機一、定義：一、直流測速發(fā)電機：一、直流測速發(fā)電機：1、工作原理：直流測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理與前面所講的直流發(fā)電機是一樣的，因此：當磁通Φ=常數(shù)時，發(fā)電機的電動勢為：E0=CeΦ0n1）在空載時，直流測速發(fā)電機的輸出電壓就是電樞感應電動勢：U0＝Ｅ0，顯然輸出電壓U0與n成正比。2）有負載時，若電樞電阻為Ra，負載電阻為RL，不計電刷與換向器間的接觸電阻，則直流測速發(fā)電機的輸出電壓為：1、工作原理：直流測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理與前面所講的直流整理后得驅(qū)動和控制微電機1教學課件C為直流測速發(fā)電機輸出特性的斜率，當Φ0、Ra及RL都不變時，輸出電壓U與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。對于不同的負載電阻RL，輸出特性的斜率C不同，負載電阻越小，斜率C也越小，C為直流測速發(fā)電機輸出特性的斜率，當Φ0、Ra及RL都2、誤差分析：顯然，直流測速發(fā)電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速要嚴格保持正比關(guān)系在實際中是難以做到的，造成這種非線性誤差的原因主要有以下三個方面：電樞反應，溫度的影響和接觸電阻。負載R一定，當轉(zhuǎn)速較高時U較大，Ia也較大，電樞反應產(chǎn)生的去磁作用使得磁通減小，輸出電壓要降低，為了減小電樞反應得到這種作用，使用測速發(fā)電機時，轉(zhuǎn)速范圍不要太大，負載電阻不能太小，還可以安裝補償繞組。2、誤差分析：二、交流測速發(fā)電機：交流測速發(fā)電機分為同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機。以下僅介紹交流異步測速發(fā)電機。1、結(jié)構(gòu)介紹：

在自動控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機?？招谋D(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機定子上有兩個在空間上互差90電角度的繞組，一為勵磁繞組，另一為輸出繞組，如圖所示。二、交流測速發(fā)電機：2、工作原理：工作時，勵磁繞組接頻率為f的單相交流電源，此時顯然沿著直軸方向?qū)a(chǎn)生一個脈振磁動勢ΦD，1）當轉(zhuǎn)子不動時，脈振磁動勢D在空心杯轉(zhuǎn)子中感應出變壓器電勢，產(chǎn)生的磁場與勵磁電源同頻率的脈振磁場D，也為d軸，都與處于q軸的輸出繞組無磁通交鏈。2）當轉(zhuǎn)子運動時，轉(zhuǎn)子切割直軸磁通D，2、工作原理：在杯型轉(zhuǎn)子中感應產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢Er，其大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，并以勵磁磁場D的脈振頻率f交變，又因空心杯轉(zhuǎn)子相當于短路繞組，故旋轉(zhuǎn)電勢Er在杯型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生交流短路電流Ir，其大小正比于Er，其頻率為Er的交變頻率f，若忽視杯型轉(zhuǎn)子的漏抗的影響，那么電流Ir所產(chǎn)生的脈振磁通q的大小正比于Er，在空間位置上與輸出繞組的軸線（q軸）一致，因此轉(zhuǎn)子脈振磁場q與輸出繞組相交鏈而產(chǎn)生感應電勢E，據(jù)上分析有：在杯型轉(zhuǎn)子中感應產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢Er，其大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)輸出繞組感應產(chǎn)生的電勢E實際就是交流異步測速發(fā)電機輸出的空載電壓U，其大小正比于轉(zhuǎn)速n，其頻率為勵磁電源的頻率f。當然，這里也存在著不可避免的誤差。驅(qū)動和控制微電機1教學課件誤差分析：主要有非線性誤差、剩余電壓和相位誤差。①非線性誤差只有嚴格保持直軸磁通d不變的前提下，交流異步測速發(fā)電機的輸出電壓才與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，但在實際中直軸磁通d是變化的，為了減小轉(zhuǎn)子漏抗造成的線性誤差，異步測速發(fā)電機都采用非磁性空心杯轉(zhuǎn)子，常用電阻率大的磷青銅制成，以增大轉(zhuǎn)子電阻，從而可以忽略轉(zhuǎn)子漏抗，與此同時使杯型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時切割交軸磁通Φq而產(chǎn)生的直軸磁勢明顯減弱。另外，提高勵磁電源頻率，也就是提高電機的同步轉(zhuǎn)速，也可提高線性度，減小線性誤差。

誤差分析：主要有非線性誤差、剩余電壓和相位誤差。②剩余電壓當轉(zhuǎn)子靜止時，交流測速發(fā)電機的輸出電壓應當為零，但實際上還會有一個很小的電壓輸出，此電壓稱為剩余電壓。③相位誤差驅(qū)動和控制微電機1教學課件第八節(jié)

直線電動機一、定義：是一種能夠直接產(chǎn)生直線運動的電氣裝置，可分為直流直線電動機和交流直線電動機。二、直流直線電動機：直流直線電動機實際上就是直流旋轉(zhuǎn)電機的另一種結(jié)構(gòu)形式。我們知道直流旋轉(zhuǎn)電機電樞是環(huán)行的，如果沿著徑向切開，然后拉開展平，就構(gòu)成了一臺直流直線電動機。三、工作原理：第八節(jié)直線電動機一、定義：我們知道，在直流旋轉(zhuǎn)電機中，電樞繞組通過電刷接直流電源，進而產(chǎn)生電樞電流，帶電導體在磁場中會受到一個切向的安培力的作用，大小相等，方向相反，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電機轉(zhuǎn)動起來。而在直流直線電機中，我們可以發(fā)現(xiàn)，原先上下大小相等，方向相反的兩個力，現(xiàn)在變成了大小相等，方向相同的水平磁拉力，從而使電樞產(chǎn)生直線運動。四、注意事項：我們知道，在直流旋轉(zhuǎn)電機中，電樞繞組通過電刷接直流電源，

由于：電樞產(chǎn)生的直線運動，或左或右，但隨著運動區(qū)間磁場的減小，磁拉力也在慢慢減小，直至為零。所以直線電機的運動范圍很小。

改進：1）增加電樞的長度。如圖所示，稱之為單邊型直線電動機。不采用。實際中我們都采用的是雙邊型結(jié)構(gòu)。2）增加磁極的長度。由于：電樞產(chǎn)生的直線運動，或左或右，但隨著運動區(qū)間磁場五、交流直線電動機：1、定義：與直流直線電動機類似，把旋轉(zhuǎn)式交流伺服電動機沿徑向剖開拉平展開就成了扁平型交流直線伺服電動機。2、工作原理：和直流直線電動機相類似，把原來的圓周磁場變成了平移磁場，相應的，旋轉(zhuǎn)運動變成了直線運動。六、直線電動機的應用：直線電動機結(jié)構(gòu)簡單，反映速度快，靈敏度高，隨動性好，但是在實際運用中，由于相應的理論還不夠成熟，所以技術(shù)上也不夠完善。因此只做簡單了解。驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機(1)幻燈片PPT本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！驅(qū)動和控制微電機(1)幻燈片PPT本課件PPT僅供大微控電機在本質(zhì)上和我們以前所講的普通電機并沒有區(qū)別,只是他們的側(cè)重點不同而已:普通旋轉(zhuǎn)電機主要是進行能量變換，要求有較高的力能指標；而控制電機主要是對控制信號進行傳遞和變換，要求有較高的控制性能，如要求反應快、精度高、運行可靠等等。控制電機因其各種特殊的控制性能而常在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件、檢測元件和解算元件。微控電機:由驅(qū)動微電機和控制電機構(gòu)成簡稱為微控電機.微控電機在本質(zhì)上和我們以前所講的普通電機并沒有區(qū)別,只是他們驅(qū)動微電機:用來拖動各種小型負載,功率一般都在750W以下,最小的不到1W,因此外形尺寸較小,相應的功率也小,本章主要介紹單相異步電動機,微型同步電動機,直線電動機.控制電機:在自動控制系統(tǒng)中對信號進行傳遞和變換,用做執(zhí)行元件或信號元件.要求有較高的控制性能,如:反應快,精度高,運行可靠等等.本章主要介紹伺服電動機,步進電動機,旋轉(zhuǎn)變壓器,自整角機和測速發(fā)電機.驅(qū)動微電機:用來拖動各種小型負載,功率一般都在750W以下,第一節(jié)

單相異步電動機一、單相異步電動機簡介：單相電動機由單相電源供電，它廣泛應用于家用電器和醫(yī)療器械上，如電風扇、電冰箱、洗衣機、空調(diào)設備和醫(yī)療器械中都使用單相電動機作為原動機二、工作原理：1、一相定子繞組通電時的機械特性：第一節(jié)單相異步電動機一、單相異步電動機簡介：驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件結(jié)論：1>當n>0時，轉(zhuǎn)矩T>0，此時的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的，電機屬于正轉(zhuǎn)運行2>當n<0時，轉(zhuǎn)矩T<0，此時的電磁轉(zhuǎn)矩仍然是驅(qū)動性質(zhì)的，電機反轉(zhuǎn)運行3>當n=0時，轉(zhuǎn)矩T=0，顯然這是不行的，電機將無法起動，即，我們希望當轉(zhuǎn)速=0時，轉(zhuǎn)矩不應為零！由此可見，單個繞組通電，電機可以運行，但不能起動，因此必須有兩相繞組才行。結(jié)論：2、兩相繞組通電時的機械特性：從圖形可以看出，此時的電機可以順利起動，從上面的分析結(jié)果可知，單腥異步電動機的關(guān)鍵問題是如何起動的問題，而起動的必要條件是：1）定子具有空間不同相位的兩個繞組2）兩相繞組中要通入不同相位的交流電流第一個條件顯然應該是滿足的，所以，現(xiàn)在的關(guān)鍵問題是如何實現(xiàn)電流的分相問題，根據(jù)分相方法的不同，我們把單相異步電動機又分為：2、兩相繞組通電時的機械特性：1）單相電阻分相起動異步電動機2）單相電容分相起動異步電動機3）單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機4）單相電容起動與運轉(zhuǎn)異步電動機5）單相罩極式異步電動機下面，我們分別來看一下：三、各種類型的單相異步電動機：1、單相電阻分相起動異步電動機1）單相電阻分相起動異步電動機驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件

這種電動機，由于兩相繞組中電流的相位相差不大，所以，氣隙磁動勢是一個橢圓形，因此起動電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩卻不是很大。2、單相電容分相起動異步電動機：這種電動機，由于兩相繞組中電流的相位相差不大，所以，氣優(yōu)點：1）如果電容器的電容量配的合適，可以實現(xiàn)兩個電流之間的相位差為90，2）副繞組的容性可以抵消一些本身所有的感抗，使電抗減小，所以副繞組的匝數(shù)不象電阻分相時受到限制，從而可以增加一些，使的磁動勢增加。這兩點的實現(xiàn)，可以使我們得到一個接近圓形的磁動勢，即較大的起動轉(zhuǎn)矩，而起動電流還會下降！優(yōu)點：3、單相罩極式異步電動機3、單相罩極式異步電動機驅(qū)動和控制微電機1教學課件第二節(jié)

伺服電動機伺服電動機（執(zhí)行電動機），它將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出，改變輸入信號的大小和極性可以改變伺服電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，故輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。根據(jù)使用電源的不同，伺服電動機分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。直流伺服電動機輸出功率較大，功率范圍為1～600瓦，有的甚至可達上千瓦；而交流伺服電動機輸出功率較小，功率范圍一般為0.1～100瓦。第二節(jié)伺服電動機伺服電動機（執(zhí)行電動機），它將輸入的電壓一、直流伺服電動機1、簡介：直流伺服電動機實際上就是他勵直流電動機，只不過直流伺服電動機輸出功率較小而已。輸入的控制信號，既可加到勵磁繞組上，也可加到電樞繞組上：若把控制信號加到電樞繞組上，通過改變控制信號的大小和極性來控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小和方向，這種方式叫電樞控制；若把控制信號加到勵磁繞組上進行控制，這種方式叫磁場控制。一、直流伺服電動機2：特性分析：1）機械特性：2：特性分析：2）調(diào)節(jié)特性：驅(qū)動和控制微電機1教學課件二、交流伺服電動機：伺服電動機就是兩相異步電動機，定子側(cè)繞組再空間相差90度擺放，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。二、交流伺服電動機：驅(qū)動和控制微電機1教學課件1、自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：如果電機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，那么當控制信號消失時，電機轉(zhuǎn)速雖會下降些，但仍會繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動。伺服電動機在控制信號消失后仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。2、如何克服：顯然,我們需要的是當控制信號為零時,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也為零,從機械特性圖上我們可以看出,只要轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向和電磁轉(zhuǎn)矩的方向相反,就可以實現(xiàn)此目的,那么.從我們以前所學的知識可得:1、自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：如果電機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，那么當使電機制動到停止，從而消除“自轉(zhuǎn)”增加轉(zhuǎn)子電阻，使正向磁場產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的Sm+≥1，使正向旋轉(zhuǎn)的電機在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，即為制動轉(zhuǎn)矩，使電機制動到停止；若電機反向旋轉(zhuǎn)，則在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為正值，也為制動轉(zhuǎn)矩，如圖使電機制動到停止，從而消除“自轉(zhuǎn)”增加轉(zhuǎn)子電阻，使正向磁場產(chǎn)驅(qū)動和控制微電機1教學課件3、改變控制電壓的方法：1）幅值控制：如圖所示，幅值控制通過改變控制電壓的大小來控制電機轉(zhuǎn)速，此時控制3、改變控制電壓的方法：電壓與勵磁電壓之間的相位差始終保持90°電角度。若控制繞組的額定電壓,那么控制信號的大小可表示Ｕc＝ＵcN,稱為有效信號系數(shù)，那么以Ｕcn為基值，控制電壓的標么值為：電壓與勵磁電壓之間的相位差始終保持90°電角度。若控制繞當有效信號系數(shù)＝１時，控制電壓與的幅值相等，相位相差90°電角度，且兩繞組空間相差90°電角度。此時所產(chǎn)生的氣隙磁通勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距最大；當<１時，控制電壓小于勵磁電壓的幅值，所建立的氣隙磁場為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小。越小，氣隙磁場的橢圓度越大，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩越小，電機轉(zhuǎn)速越慢，在＝０時，控制信號消失，氣隙磁場為脈振磁場，電機不轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。幅值控制的交流伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性如下圖所示。圖中的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都采用標么值。2）相位控制當有效信號系數(shù)＝１時，控制電壓與的幅值相等，驅(qū)動和控制微電機1教學課件2）相位控制:這種控制方式通過改變控制電壓與勵磁電壓之間的相位差來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制，而控制電壓的幅值保持不變。如圖所示，勵磁繞組直接接到交流電源上，而控制繞組經(jīng)移相器后接到同一交流電壓上，與的頻率相同。而相位通過移相器可以改變，從而改變兩者之間的相位差,2）相位控制:Sin稱為相位控制的信號系數(shù)。改變與相位差的大小，可以改變電機的轉(zhuǎn)速。相位控制的機械特性和調(diào)節(jié)特性與幅值控制相似，也為非線性。Sin稱為相位控制的信號系數(shù)。改變與相位差（3）幅值—相位控制:如圖所示,我們還可以通過同時改變幅值和相位的方法來實現(xiàn)對控制電壓的改變:（3）幅值—相位控制:幅度—相位控制線路簡單，不需要復雜的移相裝置，只需電容進行分相，具有線路簡單、成本低廉、輸出功率較大的優(yōu)點，因而成為使用最多的控制方式。幅度—相位控制線路簡單，不需要復雜的移相裝置，只需電容進第三節(jié)微型同步電動機微型同步電動機的定子結(jié)構(gòu)與一般的同步電動機相同，可以是三相的也可是單相的，但轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，微型同步電動機主要分為永磁式、反應式、磁滯式等，另外為了提高力能指標，還將磁滯式與其他形式結(jié)合起來。下面主要介紹永磁式和磁滯式微型同步電動機。第三節(jié)微型同步電動機微型同步電動機的定子結(jié)構(gòu)與一般一、永磁式微型同步電動機：一、永磁式微型同步電動機：當電動機正常運行時，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)。與普通同步電機一樣，永磁式微型同步電動機采用異步起動法：在起動過程中，轉(zhuǎn)子上的鼠籠起動繞組在定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場下產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，使電機起動。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速n1時，轉(zhuǎn)子被“牽入同步”永磁式同步電動機功率小，結(jié)構(gòu)簡單，在電氣儀表中應用較多。當電動機正常運行時，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1二、反應式微型同步電動機反應式微型同步電動機的轉(zhuǎn)子用磁極材料和非磁極材料拼鑲而成，使其直軸方向的磁阻小而交軸方向的磁阻大。當反應式同步電動機定子繞組接交流電源，由于直軸和交軸的磁阻不同，從而形成磁阻轉(zhuǎn)矩（也叫反應轉(zhuǎn)矩），拖動負載同步運行。三、磁滯式微型同步電動機二、反應式微型同步電動機轉(zhuǎn)子磁滯材料層用硬磁材料制成，硬磁材料的磁滯現(xiàn)象十分突出，具有較寬的磁滯回線，其剩磁和矯頑力都很大，換句話說，既是當外加的磁場發(fā)生變化時，磁滯現(xiàn)象明顯的材料不會輕易就隨之發(fā)生相應的改變，他會有一個時間上的落后，這樣，再外加磁場和轉(zhuǎn)子之間就會產(chǎn)生一個磁滯轉(zhuǎn)矩，再這個轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁滯材料層用硬磁材料制成，硬磁材料的磁滯現(xiàn)象十分突出，磁滯同步電動機憑借磁滯轉(zhuǎn)矩而能自行起動，在起動過程中，磁滯角的大小僅僅取決于硬磁材料的磁化特性，而與旋轉(zhuǎn)磁通勢和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無關(guān)，轉(zhuǎn)子的硬磁材料在旋轉(zhuǎn)磁化下，磁滯角是恒定的。磁滯同步電動機憑借磁滯轉(zhuǎn)矩而能自行起動，在起動過程中，磁滯角驅(qū)動和控制微電機1教學課件第四節(jié)

步進電動機一、定義：是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的電動機。簡單的理解：給一個電脈沖信號，電機前進一步，因此被稱之為步進電動機。相對與模擬的電壓信號，步進電機的控制信號是數(shù)字量，因此，更廣泛的應用在數(shù)字控制場合，例如，計算機的外圍控制系統(tǒng)等。二、結(jié)構(gòu)：如圖所示，第四節(jié)步進電動機一、定義：是一種把電脈沖信號三、工作原理：如圖，在這里我們以三相單三拍的反應式電機為例來進行分析：三、工作原理：相關(guān)概念：1、靜轉(zhuǎn)矩T：2、步距角：在靜轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子齒每前進一步在電機圓周上所跨過的距離，我們用一個角度來表示，叫做步距角。3、拍(N)：每改變一次通電方式叫做一拍，常用為三拍。4、通電循環(huán)：控制繞組各完成一次通電形成一個通電循環(huán)，通過后面的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，每經(jīng)過一個通電循環(huán)，（即對應一個2π的空間電角度）轉(zhuǎn)子齒前進一個齒距的距離，因此，轉(zhuǎn)子一個齒距對應一個2π的空間電角度。5、單：每次改變通電方式只有一個繞組通電相關(guān)概念：6、雙：每改變一次通電方式有兩相繞組同時通電.7、三相單三拍：三相單，雙六拍；三相雙三拍。因此,它的通電順序為A-B-C-A,如果反向,即為A-C-B-A8、三相單，雙六拍的工作原理：如圖6、雙：每改變一次通電方式有兩相繞組同時通電.它的通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A由上面的分析可知，同一臺步進電機，其通電方式不同，步距角可能不一樣，采用單雙拍通電方式，其步矩角S是單拍或雙拍的一半；采用雙極通電方式，其穩(wěn)定性比單極要好。四、運行特性：1、靜態(tài)運行特性：步進電動機不改變通電情況的運行狀態(tài)稱為靜態(tài)運行。

失調(diào)角：電機定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角叫做失調(diào)角，用電角度表示。這樣，我們作出靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角之間的特性曲線，叫做矩角特性。經(jīng)分析，靜轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角的關(guān)系近似為：T=-Csin它的通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A這樣，我們就可以作出相應的曲線。這樣，我們就可以作出相應的曲線。由此我們可以發(fā)現(xiàn)步進電動機的工作過程就是實現(xiàn)失調(diào)角為零的過程.由此我們可以發(fā)現(xiàn)步進電動機的工作過程就是實現(xiàn)失調(diào)角為零的過程2、步進運行狀態(tài)：當電脈沖頻率較低，電機轉(zhuǎn)子完成一步之后，下一個脈沖才到來，電機一步一停的轉(zhuǎn)動，這種狀態(tài)稱之為步進運行狀態(tài)。1）空載運行情況：如圖2、步進運行狀態(tài)：當電脈沖頻率較低，電機轉(zhuǎn)子完成一步之后，下相關(guān)概念：1）靜穩(wěn)定區(qū)：正在通電的繞組的靜穩(wěn)定區(qū)稱之為靜穩(wěn)定區(qū)。A相通電時，-<<為靜穩(wěn)定區(qū)2）動穩(wěn)定區(qū)：下一個通電繞組的靜穩(wěn)定區(qū)稱之為動穩(wěn)定區(qū)，如圖所示。-+s<<+θs（圖中θs=）,在換接的瞬間，轉(zhuǎn)子的位置只要停留在此區(qū)域內(nèi)，就能趨向新的穩(wěn)定平衡點b，所以區(qū)域（-+b，+b）稱為動穩(wěn)定區(qū)。相關(guān)概念：

通電時，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一步最后停留的位置必須在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，即：靜、動穩(wěn)定區(qū)必須有所重疊，且從穩(wěn)定性的角度來看，重疊區(qū)間越大越好，這樣，下一步就可繼續(xù)沿著原來的旋轉(zhuǎn)方向前進。通電時，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一步最后停留的位置必須在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，2）負載運行情況：如圖所示2）負載運行情況：如圖所示分析：

負載運行時，轉(zhuǎn)子除了每一步必須停留在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，還必須滿足，在每一步的平衡點處，下一相通電的靜轉(zhuǎn)矩T>TL,這樣，轉(zhuǎn)子就可以一步一步的沿著原來的方向繼續(xù)進行，步進電機能夠帶負載作步進運行的最大值TLmax即是兩相矩角曲線交點處的電機靜轉(zhuǎn)矩。分析：3、連續(xù)運行狀態(tài)：當脈沖的頻率f增高，前一個脈沖還未結(jié)束，下一個脈沖已經(jīng)到來，此時，步進電動機已經(jīng)不是一步一步地轉(zhuǎn)動，而是呈連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，脈沖頻率升高，電機轉(zhuǎn)速增加。我們同樣可以作出相應的矩頻特性。如圖（步進電機的平均轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動電源脈沖頻率的關(guān)系叫做矩頻特性）注意：電機繞組就是一個電感線圈，這樣他就具有抵抗電流變化的現(xiàn)象，使得3、連續(xù)運行狀態(tài)：控制繞組的電流來不及上升到穩(wěn)態(tài)值。頻率越高，電流上升到達的數(shù)值也就越小，因而電機的電磁轉(zhuǎn)矩也越小。這樣，電機的帶載能力就有所下降！四、相關(guān)計算：從前面的分析，我們已經(jīng)看到雙拍電機的穩(wěn)定性要比單拍電機的好，其實也就是步距角應該越小越好，所以從電機的穩(wěn)定性及控制精度考慮出發(fā)，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)應該盡可能的增加，控制繞組的電流來不及上升到穩(wěn)態(tài)值。頻率越高，電流上升到達的數(shù)對于步距角的表示通常有兩種方式：1）用電角度：θS=2π/N例如：三拍式，θS=2π/3，六拍式：θS=2π/6=π/32）實際應用中，往往用機械角度來表示：這樣，步進電動機轉(zhuǎn)速為：對于步距角的表示通常有兩種方式：其中，每個定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為：式中m為相數(shù)，2p為一相繞組通電時在氣隙圓圍上形成的磁極數(shù)，K為正整數(shù)。那么轉(zhuǎn)子總的齒數(shù)為其中，每個定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為：具體舉例來看：一臺三相六極轉(zhuǎn)子40個齒得到反應式步進電動機，求N為3和6時的步距角。N=3時，θS=3600/Zr3=30N=6時，θS=3600/Zr6=1.50常見的步進電動機的步距角有：1.20/0.60，1.50/0.750，1.80/0.90等。具體舉例來看：五、步進電機的應用步進電動機是用脈沖信號控制的，一周的步數(shù)是固定的，只要不丟步，角位移誤差不存在長期積累的情況，主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進電動機已廣泛地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機床、計算機外圍設備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印刷設備等中亦有應用。

五、步進電機的應用第五節(jié)

旋轉(zhuǎn)變壓器一、定義：當旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加單相交流電時，其轉(zhuǎn)子繞組輸出的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦余弦關(guān)系或線性關(guān)系等函數(shù)關(guān)系。二、分類：根據(jù)輸出的函數(shù)關(guān)系的不同，旋轉(zhuǎn)變壓器可分為很多類，其中正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，線性旋轉(zhuǎn)變壓器較為常用。三、正，余鉉旋轉(zhuǎn)變壓器第五節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器一、定義：當旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加單相1、工作原理：1）空載運行時：旋轉(zhuǎn)變壓器的定子鐵芯槽中裝有兩套完全相同的繞組D1D2和D3D4，但在空間上相差90。每套繞組的有效匝數(shù)為ND，其中D1D2繞組為直軸繞組，D3D4繞組為交軸繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯槽中也裝有兩套完全相同的繞組Z1Z2和Z3Z4，在空間上也相差90，每套繞組的有效匝數(shù)為NZ。轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)子上的輸出繞組Z1Z2的軸線與定子的直軸之間的角度叫做轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。1、工作原理：驅(qū)動和控制微電機1教學課件A：氣隙磁場ΦD與輸出繞組Z1Z2相交鏈的磁通ΦZ12=ΦDcos。B：另一輸出繞組Z3Z4的軸線與磁場軸線（直軸）的夾角為90-，那么氣隙磁場ΦD與Z3Z4相交鏈的磁通

ΦZ34=ΦDcos（90-）=ΦDsin，據(jù)上述分析，氣隙磁場ΦD在勵磁繞組中所感生的電動勢為：ED12=4.44fNDΦD相對應的在輸出繞組感應的電動勢為：A：氣隙磁場ΦD與輸出繞組Z1Z2相交鏈的磁通EZ12=4.44fNZΦDcosEZ34=4.44fNZΦDsin另外輸出繞組與勵磁繞組的有效匝數(shù)比為因而輸出繞組Z1Z2和Z3Z4的端電壓分別為UZ12=KUDcosUZ34=KUDsinEZ12=4.44fNZΦDcos可見，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小，輸出繞組Z1Z2輸出的電壓按余弦規(guī)律變化，故又叫余弦輸出繞組，繞組Z3Z4輸出的電壓按正弦規(guī)律變化，故叫做正弦輸出繞組。

2）負載運行時：在實際應用中，輸出繞組都接有負載，如圖所示：可見，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小，輸出繞組Z1Z2輸出的電壓按驅(qū)動和控制微電機1教學課件輸出繞組有電流流過，從而產(chǎn)生磁通勢，使氣隙磁場產(chǎn)生畸變，從而使輸出電壓產(chǎn)生畸變，不再是轉(zhuǎn)角的正、余弦函數(shù)關(guān)系。這不是我們所希望的，所以我們就要想辦法去消除這個畸變。補償?shù)姆椒ㄊ菑南驕p弱造成電壓畸變的交軸分量磁勢入手。一、二次側(cè)（轉(zhuǎn)子）補償方法：驅(qū)動和控制微電機1教學課件驅(qū)動和控制微電機1教學課件兩個完全一樣的正余弦輸出繞組如果接的負載一樣，那么兩繞組產(chǎn)生的交軸方向的磁勢大小相等方向相反，剛好抵消，沒有交軸磁場；而在直軸方向上磁勢為兩繞組直軸分量磁勢之和。注意：上面所闡述的二次側(cè)補償是有條件的，即ZL=Z'L，但如有偏差，交軸方向的磁勢不能完全抵消，輸出還是有畸變的，為此可以采用一次側(cè)補償來消除交軸磁場。兩個完全一樣的正余弦輸出繞組如果接的負載一樣，那么兩繞二、一次側(cè)（定子）：定子的勵磁繞組仍接交流電源，而D3D4作為補償繞組通過阻抗Z或直接短接，在繞組D3D4中產(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生交軸方向磁通勢，補償轉(zhuǎn)子繞組的交軸磁勢。

為了減小誤差，使用時常常把一次側(cè)、二次側(cè)補償同時使用！二、一次側(cè)（定子）：四、線性旋轉(zhuǎn)變壓器：線性旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。事實上正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ很小的時候近似有Sin=，此時就可看作一臺線旋轉(zhuǎn)變壓器。在轉(zhuǎn)角不超過4.5時，線性度在0.1%以內(nèi)。若要擴大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角范圍，可將正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的線路進行改接，定子繞組D1D2與轉(zhuǎn)子繞組Z1Z2串聯(lián)后接到交流電源四、線性旋轉(zhuǎn)變壓器：驅(qū)動和控制微電機1教學課件單相電流接入繞組后產(chǎn)生的脈振磁通Φd是一個直軸脈振磁通，它與勵磁繞組、余弦正弦繞組交鏈而分別產(chǎn)生感應電動勢：ED12=4.44fNDΦdEZ12=4.44fNZΦdcosEZ34=4.44fNZΦdsin經(jīng)過化減整理后：單相電流接入繞組后產(chǎn)生的脈振磁通Φd是一個直軸脈振磁通

用數(shù)學推導可證明，當K=0.52，=60的范圍內(nèi)，輸出電壓UZ和轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系，線性誤差不超過0.1%。用數(shù)學推導可證明，當K=0.52，=60的范圍內(nèi)，五、旋轉(zhuǎn)變壓器的應用：轉(zhuǎn)變壓器常在自動控制系統(tǒng)中作解算元件可進行矢量求解、坐標變換、加減乘除運算微分積分運算，也可在角度傳輸系統(tǒng)中作自整角機使用。五、旋轉(zhuǎn)變壓器的應用：第六節(jié)

自整角機一、定義：在自動控制系統(tǒng)中，常常需要指示位置和角度的數(shù)值，或者需要遠距離調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的速度，或者需要某一根或多根軸隨著另外的與其無機械連接的軸同步轉(zhuǎn)動，這樣，就出現(xiàn)了自整角機，即用來實現(xiàn)自動指示角度和同步傳輸角度的一類控制電機。第六節(jié)自整角機一、定義：

二、結(jié)構(gòu)：自整角機通常是兩臺或兩臺以上組合使用，產(chǎn)生信號的自整角機稱為發(fā)送機，它將軸上的轉(zhuǎn)角變換為電信號，接收信號的自整角機稱為接收機，它將發(fā)送機發(fā)送的電信號變換為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)角度的傳輸、變換和接收。在隨動系統(tǒng)中主令軸只有一根，而從動軸可以是一根，也可以是多根，主令軸安裝發(fā)送機，從動軸安裝接受機，故而一臺發(fā)送機帶一臺或多臺接受機。主令軸與從動軸之間的角位差，稱為失調(diào)角。

二、結(jié)構(gòu)：通常做成兩極電機。自整角機的定子鐵芯嵌有三相對稱分布繞組，稱為整步繞組，也叫同步繞組，聯(lián)結(jié)為星形接法，轉(zhuǎn)子上放置單相勵磁繞組，可以做成凸極結(jié)構(gòu)，也可做成隱極結(jié)構(gòu)，這兩種方式都是勵磁繞組經(jīng)集電環(huán)和電刷后接勵磁電源。另外，也可把定子做成凸極式，轉(zhuǎn)子做成隱極式，三相整步繞組嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)，并經(jīng)集電環(huán)和電刷引出，而單相勵磁繞組安裝在定子凸極上。如圖所示：通常做成兩極電機。自整角機的定子鐵芯嵌有三相對稱分布繞驅(qū)動和控制微電機1教學課件自整角機工作時，發(fā)送機的勵磁繞組接在單相交流電源上，發(fā)送機和接收機的三相整步繞組中，同樣相號的引出線接在一起，在這里，為了表示清楚，我們把勵磁繞組與整步繞組分開畫，習慣上，勵磁繞組畫在上邊，整步繞組畫在下邊，圖中，下標為F的是發(fā)送機，畫在左邊，下標為J的是接收機，畫在右邊，我們先分析只有發(fā)送機勵磁繞組接電源時的電磁關(guān)系，暫不考慮接收機勵磁繞組的情況。自整角機工作時，發(fā)送機的勵磁繞組接在單相交流電源上，發(fā)三、分類：自整角機按自整角輸出量可分為力矩式自整角機和控制式自整角機兩種。四、工作原理：1、發(fā)送機勵磁繞組通電時自整角機的磁動勢：在這里我們把發(fā)送機