专题五十 自整角机（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题五十一 自整角机 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 自整角机按功能可分为哪两类 某设备有两个场景：①机床进给轴与操作手柄需保持角度同步，实现“手柄转多少，轴转多少”；②大型雷达的天线转动与控制室的角度指示器需实时同步显示。两个场景是否均适合使用自整角机？ 自整角机（一对发送机与接收机）实现“同步转动”的核心过程 考纲解读—考试要求 能根据实际设备的“角度同步”需求，判断是否适合使用自整角机。 能理解自整角机实现“同步转动”的核心工作过程，重点掌握发送机与接收机的信号传递逻辑。 能准确掌握自整角机的核心分类（按功能分发送机、接收机），并清晰描述其典型结构特点。 4 考纲解读—易考题型 分类依据、原理关键环节、结构作用 简答题 结构常识、原理逻辑、应用适配性 判断题 分类类型、结构部件作用、基础特性 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 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8-4为自整角机的种类及其代号。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 (1)力矩式自整角机 力矩式自整角机主要用于指示系统中。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。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 力矩式自整角机按其用途可分为四种。 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。 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 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 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。 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。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 (2)控制式自整角机 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。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。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。 控制式自整角机其驱动负载能力取决于系统中的伺服电动机的容量,与自整角机无关。控制式自整角机组成的是闭环系统,因此精度较高。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 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。 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。 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。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 (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12.5mm外,其余各机座号均以外径尺寸(mm)表示。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 20号机座以下自整角机采用“一刀通”结构,如图8-15所示,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8-16所示。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 (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8-17所示。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 (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。 一、自整角机的分类和结构 知识点梳理和重点概念复习 1.力矩式自整角机的工作原理及应用 图8-18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。右方一台为接收机,左方一台为发送机。它们转子上的单相励磁绕组接到同一单相电源上。定子上的三相整步绕组出线端按序依次连接。 二、自整角机的工作原理及应用 知识点梳理和重点概念复习 发送机是以单相电源为励磁的同步发电机,发出与单相电源相适应的三相电动势供给接收机,接收机是以单相电源为励磁的,以发送机三相电动势为电源的同步电动机。因此两 电机保持同步运转,完成了角度 传输的任务。自整角机的电磁 曲线及应用如图8-19所示。 二、自整角机的工作原理及应用 知识点梳理和重点概念复习 2.控制式自整角机的原理及应用 控制式自整角机接线图如图8-20所示。发送机转子以单相交流电源励磁,定子上三相同步绕组分别与接收机的三相同步绕组对应连接,而接收机转子单相绕组一即输出绕组通常接至放大器的输入端,放大器的输出端再接到交流伺服电动机的控制绕组(或直流伺服电动机的电枢绕组)。 二、自整角机的工作原理及应用 知识点梳理和重点概念复习 当发送机转子与单相励磁电源接通时,产生脉振磁场,按变压器原理,定子三相对称绕组都将产生感应电动势,这三相电动势频率相同,相位相同,但由于与转子绕组耦合的位置不同,三相电动势的幅值不同。三相电动势分别产生三相电流流经发送机和接收机的定子三相绕组。在接收机定子三相绕组中产生三相脉振磁通势,并合成一个脉振磁通势。此时接收机转子磁场轴线基准位置与定子同步绕组合成的脉振磁通势的轴线成90°电角度。因此,合成的脉振磁通势不会使转子绕组产生感应电动势--转子绕组输出电压为零。 二、自整角机的工作原理及应用 知识点梳理和重点概念复习 当发送机转子被主令轴驱动而转了一个角度时,转子的脉振磁通势的方向发生了变化在发送机三相绕组中的感应电动势也发生了变化,使接收机定子三相绕组中的合成磁通势方向也发生了变化。使接收机转子绕组中有电流流过,转子绕组产生了感应电动势。由于产生了感应电动势,有了输出电压,通过放大装置,使伺服电动机转动,使转子失调角减小。一直到接收机无输出电压,达到与发送机的位置协调,称为协调位置。接收机的输出绕组有输出电压时,称为失调状态。处于失调状态时,同服电动机便动作,使之达到协调位置,保持与发送机同步动作。 二、自整角机的工作原理及应用 知识点梳理和重点概念复习 控制式自整角机在自动跟踪系统中的应用如图8-21所示。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。 二、自整角机的工作原理及应用 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：发送机转子绕组需励磁信号产生磁场，才能使定子绕组感应出与角度相关的信号；无励磁信号时，定子绕组无感应信号，无法传递给接收机；B、C、D均不符合无励磁时的工作状态。 1.若自整角机的发送机转子绕组无励磁信号输入，会导致（ ） A. 发送机无法传递角度信号 B. 接收机转子持续转动 C. 接收机转子固定不动 D. 发送机转子烧毁 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：自整角机的核心功能是实现两个部件的角度同步，这是其区别于其他电机/传感器的核心特点；A需伺服系统，C需温度传感器，D需电流传感器，故A、C、D错误。 2.自整角机常用于需要（ ）的设备中 A. 速度控制 B. 角度同步 C. 温度检测 D. 电流测量 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：D 解析：自整角机（尤其是交流自整角机）无需换向器，换向器是直流电机的部件；A、B、C均是自整角机结构的正确描述，说法正确。 3.下列关于自整角机结构的说法，错误的是（ ） A. 机壳用于固定定子和保护内部部件 B. 定子绕组通常绕在定子铁芯上 C. 转子绕组通常绕在转子铁芯上 D. 换向器用于实现转子绕组的换向 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：控制式自整角机的接收机不直接产生大转矩，而是输出与失调角成正比的感应电动势，该信号经放大器放大后驱动执行机构；A是力矩式接收机的输出，C、D与自整角机功能无关。 4.控制式自整角机的接收机主要输出（ ） A. 机械转矩 B. 角度电信号（感应电动势） C. 转速信号 D. 温度信号 27 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：失调角是衡量自整角机同步状态的关键参数，指发送机转子当前角度与接收机转子当前角度的差值；失调角为0时，两者完全同步，故A、B、D错误。 5.自整角机的“失调角”是指（ ） A. 发送机转子与定子的角度差 B. 接收机转子与定子的角度差 C. 发送机转子与接收机转子的角度差 D. 定子绕组之间的角度差 28 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：控制式自整角机的接收机输出的感应电动势经放大器放大后，可驱动电机等执行机构，进而带动大型负载；力矩式仅能带动自身转子，无法带动大负载；C、D是按转子励磁方式分类，与带动负载能力无关。 6.下列哪种自整角机适合用于带动大型负载（ ） A. 力矩式自整角机 B. 控制式自整角机 C. 永磁式自整角机 D. 励磁式自整角机 29 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：星形连接的公共端可使三相定子绕组的信号以公共端为参考，保证三相信号对称，减少角度传递误差；励磁电源接入转子绕组，角度信号从三相绕组输出，公共端与冷却系统无关，故A、C、D错误。 7.自整角机的定子绕组采用星形连接时，其公共端的作用是（ ） A. 接入励磁电源 B. 作为信号参考端，使三相绕组信号对称 C. 直接输出角度信号 D. 连接冷却系统 30 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：失调角为0时，发送机与接收机转子角度完全同步，接收机定子绕组切割磁场的相对速度为0，无感应电动势产生；失调角越大，感应电动势越大，故A、C、D错误。 8.当自整角机的失调角为0时，接收机的感应电动势会（ ） A. 达到最大值 B. 为0 C. 与发送机励磁电压相等 D. 随机变化 31 常考习题练习与讲解—填空题 答案：定子；转子 解析：自整角机的定子绕组（通常三相）和转子绕组（通常单相）是传递信号的核心部件，转子绕组产生的磁场与定子绕组耦合，使定子绕组感应出角度信号，无绕组则无法实现磁场耦合和信号传递。 1.自整角机的________绕组和________绕组均有绕组，两者通过磁场耦合实现角度信号的传递。 32 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电磁转矩 解析：失调角导致接收机定子绕组感应出电动势，形成电流后产生电磁转矩，该转矩的方向始终是减小失调角（使接收机转子向发送机转子角度靠拢），直至两者同步（失调角为0）。 2.当自整角机的发送机与接收机之间出现失调角时，接收机定子绕组会产生________，驱动转子转动以减小失调角。 33 常考习题练习与讲解—填空题 答案：角度同步；转速 解析：功能差异是两者的核心区别——自整角机聚焦“角度同步控制”，测速发电机聚焦“转速检测反馈”，应用场景和核心作用完全不同，需明确区分以避免混淆。 3.自整角机与测速发电机的功能不同，自整角机主要实现________，测速发电机主要检测________。 34 常考习题练习与讲解—填空题 答案：轻载角度指示 解析：力矩式自整角机力矩小，无需放大器，适合仅需角度指示或轻载同步的场景，不适合需要带动大型执行部件的场景。 4.力矩式自整角机常用于________场景，如控制室的角度指示器与现场设备的角度同步。 35 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：机壳是机械支撑和保护部件，仅用于固定定子、转子等结构，隔绝外部杂质，不参与磁场产生或信号传递，该说法正确。 1.自整角机的机壳主要作用是固定内部部件、保护定子和转子，无磁场或信号相关功能。（ ） 36 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：控制式自整角机需“发送机（传递信号）+接收机（接收信号）”成对使用，单独使用接收机无法获取角度信号，无法实现同步，该说法错误。 2.控制式自整角机无需与发送机配合，可单独实现角度同步。（ ） 37 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：自整角机接收机感应电动势与失调角成正比，失调角越大，转子与定子磁场的相对切割速度越快，感应电动势越大，该说法错误。 3.当自整角机的失调角增大时，接收机定子绕组感应的电动势会减小。（ ） 38 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：自整角机的同步特性是“同方向转动”，发送机顺时针转，接收机也顺时针转；发送机逆时针转，接收机也逆时针转，只有转向相同才能实现角度一致，该说法正确。 4.自整角机的发送机和接收机转子转向始终相同，以保证角度同步。（ ） 39 常考习题练习与讲解—简答题 答案：自整角机按功能可分为发送机和接收机；①发送机的核心作用：将输入的机械角度（如操作手柄转动角度）转换为角度电信号，通过线路传递给接收机；②接收机的核心作用：接收发送机传递的电信号，将其转换为机械转矩，驱动自身转子跟随发送机转子转动，实现角度同步。 1.自整角机按功能可分为哪两类？分别说明它们在角度同步系统中的核心作用。 40 常考习题练习与讲解—简答题 答案：自整角机定子绕组采用星形连接的主要原因是保证三相磁场对称，减少角度信号传递误差。星形连接有公共端，可使三相定子绕组以公共端为参考，形成均匀的磁场分布；这种对称磁场能让发送机传递的角度电信号更准确，接收机接收信号后产生的电磁转矩更稳定，从而确保“发送机转多少，接收机转多少”，提升角度同步精度，避免因磁场不对称导致的同步偏差。 2. 简述自整角机定子绕组采用星形连接的主要原因。 41 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①失调角为0时：发送机与接收机转子角度完全一致，接收机定子绕组无感应电动势产生，无电磁转矩，转子保持固定，实现完全同步；②失调角增大时：接收机定子绕组切割磁场的相对速度加快，感应电动势增大，产生的电磁转矩也随之增大，驱动接收机转子向发送机转子角度靠拢，直至失调角减小（最终归零）。 3.失调角为0和失调角增大时，接收机的工作状态有何不同？ 42 常考习题练习与讲解—简答题 答案：核心区别是“带动负载能力”和“是否需配合放大器”。①力矩式自整角机：力矩小，无需放大器，仅能带动自身转子或轻载（如指针、小型指示器）；②控制式自整角机：力矩小，需配合放大器使用，放大器放大信号后驱动执行机构（如伺服电机），可带动大型负载。 4.力矩式自整角机与控制式自整角机的核心区别是什么？ 43 重点复习知识点： 1.掌握自整角机的“功能分类+关键结构”——按功能分为发送机（传角度信号）和接收机（跟转同步），必须成对使用。 2.同步工作的3个关键步骤——①发送机转子转；②信号传递；③接收机跟转。 3.“力矩式”与“控制式”的选型逻辑——①轻载/指示场景（如雷达角度指示、小型仪表）选力矩式；②重载/驱动场景选控制式。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 44 $