小结控制式自整角机的工作原理课件.ppt
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1、1功能功能分类分类直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的优缺点直流测速发电机的优缺点感应测速发电机的工作原理感应测速发电机的工作原理感应测速发电机的幅值特性感应测速发电机的幅值特性感应测速发电机的相位特性感应测速发电机的相位特性感应测速发电机的优缺点感应测速发电机的优缺点负载对感应测速发电机的影响负载对感应测速发电机的影响测速发电机的主要内容测速发电机的主要内容2第第6章章 自整角机自整角机6.1 概述概述 6.2 控制式自整角机的工作原理控制式自整角机的工作原理6.3控制式自整角机的差动运行控制式自整角机的差动运行6.4 控制式自整角机的性能指标控制式自整角机的性能
2、指标6.5 力矩式自整角机力矩式自整角机6.6 直线自整角机直线自整角机 6.7 自整角机的选择和使用自整角机的选择和使用36.1 概述概述 6.1.1自整角机的功能与分类自整角机的功能与分类 6.1.2自整角机的结构自整角机的结构46.1 概述概述 自整角机是一种将转角变换成电压信号或将电压信号变自整角机是一种将转角变换成电压信号或将电压信号变换成转角,以实现角度传输、变换和指示的元件换成转角,以实现角度传输、变换和指示的元件。它可以用。它可以用于测量或控制远距离设备的角度位置,也可以在随动系统中于测量或控制远距离设备的角度位置,也可以在随动系统中用作机械设备之间的角度联动装置,以使机械上互
3、不相联的用作机械设备之间的角度联动装置,以使机械上互不相联的两根或两根以上转轴保持同步偏转或旋转。通常是两台或多两根或两根以上转轴保持同步偏转或旋转。通常是两台或多台组合使用。台组合使用。6.1.1自整角机的功能与分类自整角机的功能与分类 根据在系统中的作用不同自整角机可分为根据在系统中的作用不同自整角机可分为控制式控制式和和力矩力矩式式两大类两大类。5分分 类类国内国内代号代号国际国际代号代号功功 用用力矩式力矩式发送机发送机ZLFTX将转子转角变换成电信号输出将转子转角变换成电信号输出接收机接收机ZLJTR接收力矩发送机的电信号,变换成转子的机接收力矩发送机的电信号,变换成转子的机械能输出
4、械能输出差动发送机差动发送机ZCFTDX串接于力矩发送机与接收机之间,将发送机串接于力矩发送机与接收机之间,将发送机转角及自身转角的和转角及自身转角的和(或差或差)转变为电信号转变为电信号,输输送到接收机送到接收机差动接收机差动接收机ZCJTDR串接于两个力矩发送机之间,接收其电信号,串接于两个力矩发送机之间,接收其电信号,并使自身转子转角为两发送机转角的和并使自身转子转角为两发送机转角的和(或或差差)控制式控制式发送机发送机ZKFCX同力矩式发送机同力矩式发送机变压器变压器ZKBCT接收控制式发送机的信号,变换成与失调角接收控制式发送机的信号,变换成与失调角呈正弦关系的电信号呈正弦关系的电信
5、号差动发送机差动发送机ZKCCDX串接于发送机与变压器之间,将发送机转角串接于发送机与变压器之间,将发送机转角及其自身转角的和及其自身转角的和(或差或差)转变为电信号,输转变为电信号,输送到变压器送到变压器自整角机的分类与功用自整角机的分类与功用6.1.1自整角机的功能与分类自整角机的功能与分类 6 力矩式自整角接收机力矩式自整角接收机直接驱动轴上的机械负载,是一个直接驱动轴上的机械负载,是一个开环系统开环系统,用在角度传输精度要求不高的系统,如远距离指示液面的高度、阀门的用在角度传输精度要求不高的系统,如远距离指示液面的高度、阀门的开度、电梯和矿井提升机的位置、变压器的分接开关位置等。开度、
6、电梯和矿井提升机的位置、变压器的分接开关位置等。控制式自整角机接收机控制式自整角机接收机的转轴不直接带动负载,即没有力矩输出,的转轴不直接带动负载,即没有力矩输出,当发送机和接收机转子之间存在角度差(即失调角)时,接收机将输出当发送机和接收机转子之间存在角度差(即失调角)时,接收机将输出与失调角呈正弦关系的电压,将此电压加给伺服放大器,用放大后的电与失调角呈正弦关系的电压,将此电压加给伺服放大器,用放大后的电压来控制伺服电动机,再驱动负载。由于接收机是工作在变压器状态,压来控制伺服电动机,再驱动负载。由于接收机是工作在变压器状态,通常称其为通常称其为自整角变压器自整角变压器。控制式自整角机系统
7、为。控制式自整角机系统为闭环系统闭环系统,它应用于,它应用于负载较大及精度要求高的随动系统。负载较大及精度要求高的随动系统。6.1.1自整角机的功能与分类自整角机的功能与分类 76.1.2自整角机的结构自整角机的结构自整角机大都采用自整角机大都采用两极两极凸极或隐极结构凸极或隐极结构 (a)转子凸极结构转子凸极结构 (b)定子凸极结构定子凸极结构 (c)隐极式结构隐极式结构 图图6-1自整角机定、转子结构搭配自整角机定、转子结构搭配8图图6-2自整角机的结构简图自整角机的结构简图1-定子铁心;定子铁心;2-三相整步绕组;三相整步绕组;3-转子铁心;转子铁心;4-转子绕组;转子绕组;5-滑环;滑
8、环;6-电刷电刷6.1.2自整角机的结构自整角机的结构96.2 控制式自整角机的工作原理控制式自整角机的工作原理6.2.1发送机发送机ZKF的定子磁场的定子磁场6.2.2接收机接收机ZKB的定子磁场的定子磁场6.2.3 ZKB的输出电动势的输出电动势6.2.4小结小结10图图6-5控制式自整角机的工作原理图控制式自整角机的工作原理图 6.2 控制式自整角机的工作原理控制式自整角机的工作原理 在自动控制系统中,广泛在自动控制系统中,广泛采用控制式自整角机与伺服机采用控制式自整角机与伺服机构组成的组合系统。构组成的组合系统。ZKF为控为控制式自整角机的发送机,制式自整角机的发送机,ZKB为控制式自
9、整角机的接收机,为控制式自整角机的接收机,也称为也称为自整角变压器自整角变压器,ZKF和和ZKB的整步绕组对应联接。的整步绕组对应联接。分析输出电动势与分析输出电动势与转子位转子位置角置角 和和 之间的关系。之间的关系。1211 图图6-5控制式自整角机的工作原理图控制式自整角机的工作原理图 当当ZKF的励磁绕组接交流电源励磁后,便的励磁绕组接交流电源励磁后,便产生一个在其轴线上脉振的磁场产生一个在其轴线上脉振的磁场 ,该脉振磁场在定子各该脉振磁场在定子各绕组中的磁通的幅值为绕组中的磁通的幅值为fB)120cos()120cos(cos131211mmm)120cos()120cos(cos1
10、31211EEEEEE6.2.1发送机发送机ZKF的定子磁场的定子磁场tBBfmfsin设对应磁通感应电势有效值为对应磁通感应电势有效值为12)120cos(Z)120cos()120cos(Z)120cos(cosZcos113311221111IEZEIIEZEIIEZEI在在ZKF与与ZKB的整步绕组回路中产生电流的整步绕组回路中产生电流 Z为为ZKF相绕组的阻抗相绕组的阻抗ZF、ZKB相绕组的阻抗相绕组的阻抗ZB和连接线的阻抗和连接线的阻抗ZL之和之和 LBFZZZZZEI 为为 时相电流的有效值时相电流的有效值 tBBtBBtBBmmmsin)120cos(sin)120cos(si
11、ncos131211定子三相电流在时间上同相位,各自在自己的相轴上产生一个脉振磁场,定子三相电流在时间上同相位,各自在自己的相轴上产生一个脉振磁场,磁场的幅值正比于各相电流,若磁场的幅值正比于各相电流,若 IKBm2,则三个脉振磁场可分别写成,则三个脉振磁场可分别写成6.2.1发送机发送机ZKF的定子磁场的定子磁场1=013图图6-6定子磁场的分解与合成定子磁场的分解与合成)120sin()120cos()120sin()120cos(sincos133133122122111111BBBBBBBBBBBByxyxyxx轴方向总磁通密度为轴方向总磁通密度为)120cos()120cos(cos
12、131211321BBBBBBBxxxxtBBmxsin)120(cos)120(coscos1212126.2.1发送机发送机ZKF的定子磁场的定子磁场14利用三角公式利用三角公式2)2cos(1cos223)120(cos)120(coscos121212tBBmxsin23同理得同理得y轴方向总磁通密度为轴方向总磁通密度为 tBBBBBBBBmyyyysin)120(2sin)120(2sin)2sin(2 )120sin()120sin(sin111131211321tBBBBmyxsin230yB6.2.1发送机发送机ZKF的定子磁场的定子磁场156.2.1发送机发送机ZKF的定子磁
13、场的定子磁场由上面的分析结果,可得出结论:由上面的分析结果,可得出结论:(1)定子合成磁场仍为脉振磁场;)定子合成磁场仍为脉振磁场;(2)合成磁场总是位于励磁绕组轴线上;合成磁场总是位于励磁绕组轴线上;(3)合成磁场磁通密度的幅值为合成磁场磁通密度的幅值为 ,相位与励磁磁场差,相位与励磁磁场差180。m23B16 因因ZKB的三相绕组与的三相绕组与ZKF的三相绕组中流过的是同一的三相绕组中流过的是同一电流,故电流,故ZKB的定子合成磁场也是脉振磁场,其大小与的定子合成磁场也是脉振磁场,其大小与ZKF的定子合成磁场相等、轴线与相绕组轴线的夹角也的定子合成磁场相等、轴线与相绕组轴线的夹角也为为 ,
14、但由于电流方向相反,所以合成磁场,但由于电流方向相反,所以合成磁场 的方向与的方向与 的方向相反,如的方向相反,如图图6-7所示。所示。很明显,很明显,ZKB的定子绕组为原边,转子单相绕组为副边。的定子绕组为原边,转子单相绕组为副边。由于由于ZKB的副边输出绕组轴线与定子相绕组轴线的夹角的副边输出绕组轴线与定子相绕组轴线的夹角为为 ,所以定子合成磁场的轴线与输出绕组轴线的夹角,所以定子合成磁场的轴线与输出绕组轴线的夹角为为 ,也就是发送轴与接收轴的转角差,也就是发送轴与接收轴的转角差 。6.2.2接收机接收机ZKB的定子磁场的定子磁场1BB2)(21176.2.3 ZKB的输出电动势的输出电动
15、势cosmax22EE sin)90cos(max2max22EEE若将转子由原先规定的起始协调位置转若将转子由原先规定的起始协调位置转过过90电角度,则电角度,则 图图6-8 控制式自整角机的协控制式自整角机的协调位置调位置则则ZKB的输出电压为的输出电压为 max222EEU当当ZKB定子合成磁场的轴线与输出绕组轴线的夹角定子合成磁场的轴线与输出绕组轴线的夹角 时,合时,合成磁场在输出绕组中感应电动势的有效值为成磁场在输出绕组中感应电动势的有效值为 21上式表明上式表明ZKB输出电动势与失调角输出电动势与失调角 的正弦成正比的正弦成正比 因失调角因失调角一般很小,可近似认为一般很小,可近似
16、认为 sin909021186.2.3 ZKB的输出电动势的输出电动势 图图6-9ZKB的输出电动势的输出电动势sinmax22EE 196.2.4小结小结控制式自整角机的工作原理:控制式自整角机的工作原理:(1)ZKF励磁磁场是脉振磁场,励磁磁场是脉振磁场,ZKF定子各相绕组的感应电动势在时间上定子各相绕组的感应电动势在时间上 同相位,其有效值与定、转子的相对位置有关。同相位,其有效值与定、转子的相对位置有关。(2)在在ZKF定子绕组感应电动势作用下,两自整角机绕组中的相电流总是定子绕组感应电动势作用下,两自整角机绕组中的相电流总是 大小相等、方向相反。大小相等、方向相反。(3)在自整角机控
17、制式运行时,将在自整角机控制式运行时,将ZKB起始协调位置规定为与起始协调位置规定为与 绕组轴线绕组轴线 垂直的位置,垂直的位置,协调时协调时输出电动势输出电动势 。输出绕组轴线相对协调位置。输出绕组轴线相对协调位置 的转角的转角 称为称为失调角失调角。(4)输出绕组的电压为输出绕组的电压为 ,在失调角很小时,在失调角很小时,当出现失调当出现失调 时,自整角机输出电压经放大后带动伺服机转动直至失时,自整角机输出电压经放大后带动伺服机转动直至失 调调 角角 为零。为零。1S02E2max2EU sinmax22EU 206.3控制式自整角机的差动运行控制式自整角机的差动运行6.3.1工作原理工作
18、原理6.3.2控制式差动发送机的应用控制式差动发送机的应用216.3控制式自整角机的差动运行控制式自整角机的差动运行在随动系统中,有时需要传递两个转轴的角度和或者角度差,这就要在上述在随动系统中,有时需要传递两个转轴的角度和或者角度差,这就要在上述控制式自整角机对控制式自整角机对ZKF和和ZKB之间串入一台差动发送机之间串入一台差动发送机ZKC,作差动运行,作差动运行。图图6-10带有带有ZKC的控制式自整角机原理图的控制式自整角机原理图22ZKC转轴输入转轴输入BC1R)(18021则则ZKC转子绕组产生的磁场转子绕组产生的磁场必定与转子绕组必定与转子绕组的夹角为的夹角为6.3.1工作原理工
19、作原理在在ZKB输出绕组中感应电动势为输出绕组中感应电动势为22max122max12cos()90sin()EEE 该电动势经放大器放大后,加到交流伺服电动机的控制绕组,交流伺服电该电动势经放大器放大后,加到交流伺服电动机的控制绕组,交流伺服电动机就带动动机就带动ZKB按顺时针方向转动至输出电动势按顺时针方向转动至输出电动势 02E1S12ZKB输出绕组轴线与其输出绕组轴线与其相轴线相互垂直,相轴线相互垂直,ZKF转轴输入转轴输入在图在图6-10中中因因ZKC转子三相绕组和转子三相绕组和ZKB定子三相绕组对应连接,所以它们对应相的定子三相绕组对应连接,所以它们对应相的电流大小相等、方向相反,
20、该电流在电流大小相等、方向相反,该电流在ZKB定子绕组中产生的磁场定子绕组中产生的磁场 与与 相轴线的夹角为相轴线的夹角为 。B1S)(21实现了两发送轴角度差的传递。如实现了两发送轴角度差的传递。如ZKC按逆时针方向转按逆时针方向转 ,可实现两发,可实现两发送轴角度和的传送。送轴角度和的传送。2236.3.2控制式差动发送机的应用控制式差动发送机的应用图图6-11火炮相对于罗盘方位角的控制原理图火炮相对于罗盘方位角的控制原理图上述系统中尽管舰艇的航向不断变化,但火炮始终能自动对准某一目标。上述系统中尽管舰艇的航向不断变化,但火炮始终能自动对准某一目标。的夹角。为正北与舰艇前进方向为正北与目标
21、的夹角;21246.4 控制式自整角机的性能指标控制式自整角机的性能指标6.4.1误差概述误差概述6.4.2控制式自整角机的主要技术指标控制式自整角机的主要技术指标256.4 控制式自整角机的性能指标控制式自整角机的性能指标6.4.1误差概述误差概述 当控制式自整角机的失调角很小时,当控制式自整角机的失调角很小时,ZKB的输出电压为的输出电压为 2max22EEU,002U在协调位置时,在协调位置时,实际上由于结构和工艺上的各种因素,实际上由于结构和工艺上的各种因素,即使在协调位置,输出绕组中仍存在电压即使在协调位置,输出绕组中仍存在电压2U图图6-12输出电压相量图输出电压相量图 第一个分量
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