8.5 自整角机（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

8.5 自整角机 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握自整角机的分类和结构 掌握自整角机的工作原理及应用 掌握并学会控制式自整角机的原理及应用 知识目标 能力目标 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 自整角机是一种感应式电机元件，是一种对角位移或角速度的偏差能自动整步的控制电机。 它被广泛应用于随动系统中，作为角度的传输、变换和指示。 在自动控制系统中，通常是两台或 多台组合使用。自整角机的作用是通过两台或多台电机在电路上的联系，使机械上互不相连的 两根或多根转轴能够自动地保持同步转动。 在自动控制系统中，主令轴上装的自整角机称为发送机，产生信号。从动轴上装的自整角机 称为接收机，接收信号。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 1. 自整角机的分类 自整角机按其使用的要求不同，可分为力矩式自整角机和控制式自整角机两类。表为自整角机的种类及其代号。 产品名称 新代号 产品名称 新代号 控制式自整角发送机 ZKF 控制无接触自整角变压器 ZBW 控制式差动发送机 ZKC 力矩式无接触自整角发送机 ZFW 控制式自整角变压器 ZKB 力矩式无接触自整角接收机 ZJW 力矩式自整角发送机 ZLF 多极自整角发送机 ZFD 力矩式差动发送机 ZCF 多极自整角变压器 ZBD 力矩式自整角接收机 ZLJ 双通道自整角发送机 ZFS 控制力矩式自整角机 ZKL 双通道自整角变压器 ZBS 控制无接触自整角发送机 ZKW 力矩式差动接收机 ZCJ 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 1. 自整角机的分类 (1)力矩式自整角机 力矩式自整角机只适用于接收机轴上负载很轻(如指针、刻度盘),角度转换精度要求不是很高的控制系统中，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 开关的位置等。 这类自整角机的特点是本身 不能放大力矩，要带动接收机轴上的机械负载，必须由自整角发送机一方的驱动装置供给转矩。 力矩式自整角机主要用于指示系统中。 01 02 03 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 1. 自整角机的分类 ④ 力矩式差动接收机 它串接于两台力矩式发送机之间，接收它们输出的电信号，使其转 子转角为两台发送机转子转角之和(或差)。目前，我国生产的力矩式差动自整角接收机型号为 ZCJ。 ③ 力矩式差动发送机 它串接于力矩式发送机与接收机之间，将发送机的转子转角及其自 身转子转角之和(或差)变换成电信号，传输给接收机。目前，我国生产的力矩式差动自整角发 送机其型号为ZCF。 03 04 ② 力矩式接收机它主要与力矩式发送机和力矩式差动发送机一起工作。其作用是将发 送机的电信号接收后，使其转子自动地转到对应于发送机转子的位置，或使转子转动的角度对应 于发送机转子和差动发送机转子转角变化的和(或差)。目前，我国生产的力矩式自整角接收机 其型号为ZLJ。 ① 力矩式发送机它主要与力矩式接收机和力矩式差动接收机一起工作。其作用是将转 子转角的变化转变为电信号输出。目前，我国生产的力矩式自整角发送机其型号为ZLF。 01 02 力矩式自整角机按其用途可分为四种 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 1. 自整角机的分类 (2)控制式自整角机 此电压经放大器放大后再加到伺服电动机的控制绕组中，使伺服电动机转动，从而使失调角 减小，直到失调角为零，使接收机上的输出电压为0,伺服电动机立即停转。 而当发送机和接 收机转子之间存在角位差(即失调角)时，在接收机上将有与此失调角呈正弦函数关系的电压输 出。 控制式自整角机主要应用于由自整角机和伺服机构组成的随动系统 中。这类自整角机的特点是其接收机转轴不直接带动负载，即没有力矩输出。 01 02 03 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 1. 自整角机的分类 控制式自整角机按其用途可分为三种 ① 控制式自整角发送机 它主要用来与控制式自整角接收机或控制式差动发送机一起工 作。其作用是将转子转角的变化转变为电信号输出。目前，我国生产的控制式自整角发送机其 型号为ZKF。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 1. 自整角机的分类 控制式自整角机按其用途可分为三种 ② 控制式自整角接收机它主要用来与控制式发送机及控制式差动发送机一起工作。其 作用是接收从控制式发送机或控制式差动发送机送来的电信号，使之变成与失调角呈正弦函数 关系的输出电压。目前，我国生产的控制式自整角接收机其型号为ZKB。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 1. 自整角机的分类 控制式自整角机按其用途可分为三种 ③ 控制式差动发送机它串接于控制式发送机与控制式自整角接收机之间，将发送机转子 转角及其自身转子转角之和(或差)变换成电信号，送入自整角接收机。目前，我国生产的控制 式差动自整角发送机其型号为ZKC。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 2. 自整角机的结构 自整角机按结构形式不同可分为无接触式和接触式两大类。 (1)无接触式无接触式没有电刷与滑环间的滑动接触，具有可靠性高、寿命长、不产生电 磁干扰等优点。其缺点是结构复杂、电气性能较差。 (2)接触式 接触式自整角机的结构比较简单，性能较好，使用较为广泛。我国自行设计的 自整角机系列中各电机均为接触式自整角机，并为封闭式，单轴伸。该系列共有12,20,28,36,45,55,70,90,110,130十个机座号，除12号机座外径为12.5 mm外，其余各机座号均以外径尺寸 (mm) 表示。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 20号机座以下自整角机采用“一刀通”结构，如图所示 1—机壳；2—定子铁心；3—定子绕组 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 即定子铁心内圆与轴承孔为同 一尺寸。20号机座以上的自整角机采用装配式结构，如图所示。 1一定子；2—转子；3—阻尼绕组；4—电刷；5—接线柱；6—滑环 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 (3)力矩式自整角机的结构 力矩式自整角发送机和接收机大都采用两极的凸极式结构， 只有在频率较高而尺寸又较大的力矩式自整角机中才采用隐极式结构，如图所示。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 (3)力矩式自整角机的结构 其单相绕组作为励磁绕组，做成集中绕组的形式，直接套在凸极铁心上。 三相绕组称为整步绕组。将其做成分布绕组的形式并接成星形联结，放置在铁心的槽内。 工作时，接入单相交流电源励磁。 力矩式自整角机的定子、转子铁心均由高磁导率、低损耗的薄硅钢片冲制后，经涂漆、涂胶， 叠装而成。 01 02 03 04 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 (3)力矩式自整角机的结构 力矩式自整角机可以在定子铁心上放置三相整步绕组，在转子凸极铁心上放置单相励磁绕 组，并由两组滑环和电刷引出，这种结构称为转子凸极式，如图(a) 所示。我国现在生产的 ZLF、ZLJ系列力矩式发送机、接收机大都采用这种结构。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 (3)力矩式自整角机的结构 转子凸极式结构的优点是，转子重量轻、转动惯量小、滑环数少、摩擦力矩小、精度较高、可靠 性也较高。 其缺点是电刷、滑环通过励磁电流，特别是停转时，容易造成电刷和滑环固定接触处 长期有电流流过，导致发热，使滑环损坏。 因此，转子凸极式结构适用于较小容量的指示式远距 离角度传输系统中 同样，也可将单相励磁绕组放置在定子凸极铁心上，三相整步绕组放置在转子隐极铁心上， 并由三组滑环和电刷引出，这种结构称为定子凸极式 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 如图(b) 所示。我国生产的DI、SS系 列自整角机(老产品)中的力矩式发送机、接收机都采用这种结构。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 定子凸极式结构中，转子的滑环与电刷仅当系统中存在失调角时，即自整角机转子处于转动 状态时才有电流通过，滑环的工作条件较好。 此外，转子采用隐极铁心，上面放置三相整步绕组 其平衡状态好。 这种结构的缺点是转子重量大，滑环数目增为三组，摩擦力矩大，因而影响精度。 这种构造适用于容量较大的力矩式自整角机中。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 力矩式自整角机的全隐极式结构，如图8-17(c) 所示。通常将三相整步绕组放置在定子铁 心上，而将励磁绕组放置在转子铁心上，并由两组电刷、滑环引出。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 (4)控制式自整角机的结构控制式自整角机分为发送机和接收机两大类。其接收机与力 矩式接收机不同，它不直接驱动机械负载，而只是输出电压信号，其工作情况如同变压器，通常又 称自整角变压器。 ① 控制式自整角发送机 控制式自整角发送机的结构形式和力矩式自整角发送机很相近， 可采用凸极式转子结构，也可采用隐极式转子结构。在转子上放置单相励磁绕组。但励磁绕组 的匝数较多。控制式自整角发送机比力矩式发送机有较高的空载输入阻抗，因此，控制式发送机 绕组的阻抗较大，当有较大电流通过时，绕组容易发热，而使发送机温度升高。 新知学习 一 、自整角机的分类和结构 (4)控制式自整角机的结构控制式自整角机分为发送机和接收机两大类。其接收机与力 矩式接收机不同，它不直接驱动机械负载，而只是输出电压信号，其工作情况如同变压器，通常又 称自整角变压器。 ② 控制式自整角变压器自整角变压器采用隐极式转子结构，并在转子上装设单相高精度 的正弦绕组作为输出绕组。自整角变压器的定子铁心上，同样放置三相整步绕组。因三相整步 绕组匝数较多，选取的磁感应强度又较低，所以它具有较高的空载输入阻抗。自整角变压器工作 时，输出绕组必须接有高阻抗负载，以避免输出绕组的电枢反应磁通势引起输出电动势的变化。 新知学习 二、自整角机的工作原理及应用 1.力矩式自整角机的工作原理及应用 图所示为力矩式自整角机系统工作原理图。它是两台完全相同的力矩式自整角机的 接线图。 新知学习 二、自整角机的工作原理及应用 自整角机的电磁曲线及应用 新知学习 二、自整角机的工作原理及应用 控制式自整角机接线图 新知学习 二、自整角机的工作原理及应用 控制式自整角机在自动跟踪系统中的应用 1一发送机；2—接收机；3—放大器；4—伺服电动机；5—减速器；6—调节对象 新知学习 二、自整角机的工作原理及应用 控制式自整角机 它将接收机输出绕组的输出电 压经放大器3放大后，加到两相可调伺服电动机4的控制绕组C 上，使伺服电动机转动，通过减 速器5使接收机及调节对象6一起转动，直至使失调角为零，输出电压为零，伺服电动机停转，系统达到新的平衡位置。 这样，从动轴就能自动跟踪主令轴偏转或旋转(火炮自动跟踪系统就是这 类应用的一例)。采用控制式自整角变压器的同步系统 其优点在于输出电压可通过放大器得到 功率放大，从而控制功率较大的伺服电动机来拖动阻力矩相当大的从动轴或调节对象，因而广泛 地应用于遥测、遥控系统中。缺点是增加放大和伺服环节，使整个系统复杂化。 1.自整角机按用途分为哪两种类型？ A. 力矩式和控制式 B. 直流式和交流式 C. 接触式和无接触式 D. 单相式和三相式 课堂练习 答案：A 2.自整角机的转子通常采用什么结构？ A. 隐极式 B. 凸极式 C. 混合式 D. 同步式 课堂练习 答案：B 3.控制式自整角机的接收机转子通常采用什么结构？ A. 隐极式 B. 凸极式 C. 混合式 D. 同步式 课堂练习 答案：A 4.自整角机的定子铁芯通常嵌有哪种绕组？ A. 单相绕组 B. 三相绕组 C. 直流绕组 D. 交流绕组 课堂练习 答案：B 5.自整角机的转子绕组通常通过什么方式与外电路连接？ A. 直接连接 B. 通过滑环和电刷 C. 通过变压器 D. 通过继电器 课堂练习 答案：B 6.自整角机的同步特性是通过什么实现的？ A. 电磁感应 B. 电磁耦合 C. 机械传动 D. 电子控制 课堂练习 答案：A 7.自整角机在自动控制系统中通常用于什么目的？ A. 位置和角度的同步指示 B. 速度控制 C. 力矩调节 D. 电压变换 课堂练习 答案：A 8.自整角机的误差来源可能包括哪些？ A. 零位误差 B. 角度误差 C. 两者都有 D. 两者都不是 课堂练习 答案：C 课堂小结 1.简述控制式自整角机接线。 2.简述力矩式自整角机的应用。 3.简述力矩式自整角机的工作原理。 作业布置 感谢观看 $$