大工20秋《电机学》辅导资料十六

Andy老师

电机学辅导资料十六主    题：控制电机的辅导文章——测速发电机、自整角机、旋转变压器
学习时间：2021年1月11日--1月17日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：“一带一路”是促进共同发展、实现共同繁荣的合作共赢之路，是增进理解信任、加强全方位交流的和平友谊之路。中国政府倡议，秉持和平合作、开放包容、互学互鉴、互利共赢的理念，全方位推进务实合作，打造政治互信、经济融合、文化包容的利益共同体、命运共同体和责任共同体。
摘选自《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》内    容：
我们这周主要学习课件第6章控制电机的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对控制电机相关知识的理解。
注意：请同学根据老师标注的侧重点选择性学习。
控制电机主要用于自动控制系统中作为检测、比较、放大和执行元件，其主要任务是转换和传递控制信号，具有高精度，高灵敏度，高稳定性，体积小、重量轻，耗电量少等特点。
从原理上看，控制电机与普通作为动力装置的旋转电机相同，但是，因应用场合的不同，设计时所考虑实现的性能指标完全不同，且一般控制电机的功率都比较小。
控制电机的种类繁多，不胜枚举，而且还在不断的发展。本章仅从应用的角度出发，要求掌握几种常用的控制电机的基本结构、工作原理、特点、运行特性及应用情况。
一、测速发电机（掌握相关定义和原理即可）
测速发电机是一种把转速信号转换成电压信号的测量元件（或称信号元件），与伺服电动机的运行状态正好相反。作为测量元件，要求测速发电机的输出电压与转速成严格的线性关系，且斜率要大，以保证有高的精度和灵敏度。
测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。
直流测速发电机按励磁方式又分为他励式和永磁式。从原理上看，直流测速发电机实际上是一台小容量的直流发电机，其空载电压与转速成线性关系，负载后的端电压存在线性误差。但与交流测速发电机相比，它没有剩余电压和相位误差。为了减小线性误差，使用时应尽可能采用大的负载电阻，并使转速不超过最大线性工作范围。
交流测速发电机又可分为同步测速发电机和异步测速发电机，常用的是交流异步测速发电机。交流异步测速发电机的结构与交流伺服电动机相同，其转子多采用空心杯形结构。转子静止时，输出电压为零；转子转动时，转子绕组切割纵向励磁磁通而产生感应电动势和电流，继而产生横向磁通，使输出绕组输出一个与转速成正比的电压信号。该信号的频率与转速无关，等于励磁电流的频率。
交流测速发电机的测量误差包括线性误差、相位误差和剩余电压。
二、自整角机（掌握相关定义和原理即可）
自整角机是一种感应式交流电机，能够实现转角与电信号的相互转换。它广泛应用于角度、位置等指示系统和随动系统中，实现角度的传输、变换和指示，使机械上互不相连的两根或多根轴同步偏转或旋转（对角位移或角速度的偏差自动整步）。
自整角机通常是两台或多台组合使用，装在主令轴上的是自整角发送机，用以接收主令轴的转角信号，装在从动轴上的是自整角接收机，用以接收发送机的信号，使从动轴随主令轴同步转动。发送机与接收机只有电气连接，没有机械连接。
自整角机按输出量的不同，分为力矩式和控制式两种。
三、旋转变压器（掌握相关定义和原理即可）
旋转变压器是一种用于测量和传输转角信号的精密控制微电机。根据其在控制系统中的用途，旋转变压器可分为计算用旋转变压器和数据传输用旋转变压器。计算用旋转变压器作为解算元件主要用于三角函数运算和坐标变换等。数据传输用旋转变压器的功能与控制式自整角机相同，但精度要高于控制式自整角机，因此适用于高精度的同步控制系统。
旋转变压器的定子和转子上都装有两相正交的绕组，其中定子绕组作为励磁绕组，转子绕组作为输出绕组。当转子输出绕组的轴线偏离定子励磁绕组的轴线一个角度时，将分别由两个输出绕组输出与偏角度成正弦和余弦函数关系的两个电压信号。若改变旋转变压器定子和转子绕组的接线方式，还可以得到输出电压信号与转角之间其他的函数关系。
旋转变压器的输出绕组带负载运行时，由于输出电流所产生磁动势的影响，会破坏输出电压与转角的函数关系，必须采取一定的措施进行补偿，常用的补偿方法是将定子交轴绕组短接，或使两个输出绕组接上对称的负载。
四、学习说明
本章内容不作为主要的学习内容，需要同学掌握的知识点较少，但是更多了解这些控制电机的工作原理会对从事这方面的同学有所帮助，所以也希望同学能认真对待。主要概括如下：
1．了解伺服电动机的功能和基本结构，掌握直流和交流伺服电动机的工作原理
2．了解步进电动机的功能、分类和基本结构，掌握步进电动机的工作原理
3．了解测速发电机的功能和基本结构，掌握测速发电机的工作原理
4．了解自整角机的功能、分类和基本结构，掌握力矩式和控制式自整角机的工作原理。
5．了解旋转变压器的概念和结构，掌握旋转变压器的工作原理。
五、典型例题解析
1.试分析自整角机中定子三相绕组中3个感应电动势的大小和相位关系。
答：由于自整角机的定子三相绕组处于一个脉振磁场中，故定子三相绕组中3个感应电动势的相位相同，但因其空间位置不同，所交链的磁通就不同，因此，3个感应电动势的大小是不相等的。
2 . 什么是步进电动机的拍？单拍制和双拍制有什么区别？
（前面思考题答案）
答：步进电动机工作时，由一种通电状态转换到另一种通电状态称为一拍，每一拍转子所转过的角度称为步距角。单拍制和双拍制的通电方式不同。单拍制是指每一个通电状态只有一相绕组通电的方式，双拍制是指每一个通电状态有两相绕组通电的方式。
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