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控制电机
一、控制式自整角机概述
自整角机是感应型的机电元件,是利用自整步特性将转角之间的关系变为交流电压或转矩的感应式微型电动机,在随动系统中广泛地用于角度数据的传输、变换、接收和指示。其在系统中通常是两台或多台组合使用,通过电路上的联系,使机械上互不相连的两根或多根转轴自动地保持相同的转角变化或同步旋转。
根据在系统中的作用不同自整角可分为控制式和力矩式两大类。
控制式自整角机主要用于自整角机和伺服机构组成的随动系统中。其接收机的转轴不直接带动负载,即每月力矩输出,当发送机和接收机转子之间存在角度差(即失调角)时,接收机将输出与失调角呈正弦函数规律的电压,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。与此同时接收机的转子也朝减小失调角的方向移动,直到接收机和发送机的转角差为零,即达到协调位置时,接收机的输出电压为零,伺服系统停止转动。由于接收机是工作在变压器状态,通常称其为自整角变压器。控制式自整角系统为闭环系统,它应用于负载较大及精度要求高的随动系统。
按供电电源相数不同,自整角机有单相和三相之分。在自动控制系统中通常使用的自整角机,均为单相交流电源供电,故又称单相自整角机。常用的电源频率为50Hz和400Hz两种。此外,按极对数的多少,自整角机可分为单对极和多对极;按有无集电环和电刷的滑动接触,可分为接触
式和非接触式;按工作原理可分为旋转式和固态式等。
二、电机的结构原理

自整角机的结构和一般旋转电机相似,主要由定子和转子两大部分组成。定子铁芯的内圆和转子的外圆之间存在有很小的气隙。定子和转子也分别有各自的电磁部分和机械部分。自整角机成对使用时,,其中定子为Y连接的三相绕组,其引出端符号用??1、??2、??3表示;转子为单相绕组,其引出端符号用??1、??2表示。
图1-1 自整角机电路图图1-2差动式自整角机电路图
自整角机也可以三台组合一起使用,它的输出信号反映两个转角的和或差,其中一台是差动式的发送机或差动式的接收机,定转子绕组均为Y连接的三相绕组,电路图如1-2所示。
自整角机大都采用两极凸极或隐极结构,定转子铁芯采用高导磁率、低损耗的优质硅钢片叠压而成,如图1-3所示。在凸极一边安放单相励磁绕组,隐极一边安放三相对称绕组或单相绕组。
图1-3 自整角机定转子结构搭配

控制式自整角发送机和容量较小的力矩式自整角机,其定子采用嵌有三相星形绕组的隐极式结构,转子采用单相集中式励磁绕组的凸极结构如图1-3(a)所示。自整角机的结构简
图1-4 自整角机结构图
图如图1-4所示,由于励磁绕组在转子上,故转子重量轻、集电环和电刷少,自整角机具有摩擦转矩小、精度高、可靠性高的优点,但励磁绕组长期经电刷和集电环接入励磁电源电路,接触处容易发热烧毁,适用于小容量角度传输系统中。
当力矩式自整角机的容量较大时,转子采用隐极结构放置三相绕组,定子采用凸极结构放置单相励磁绕组,如图1-3(b)所示。这种结构的优点是改善了平衡条件,集电环和电刷仅当失调角不为零时才有电流流过。但存在转子质量大、集电环和电刷数量多、摩擦转矩大、精度低等缺陷。

差动式发送机和接收机的定转子均为三相对称绕组,因此采用图1-3(c)的隐极结构形式,星形连接的转子三相绕组通过三个集电环和三个电刷与外电路相连。
控制式自整角变压器也采用隐极结构。定子为三相对称绕组,转子隐极铁芯上放置单相高精度正弦输出绕组,以提高电气精度和降低零位电压
非接触结构
非接触结构去掉了集电环和电刷,因此不存在滑动接触,具有可靠性高、寿命长、不产生无线电干扰等优点,缺点是结构比较复杂、电气性能指标稍差。新一代非接触式自整角机电气误差课小于5′,与接触式相近,因此在军事装备、航空航天、现代工业自动化等领域逐渐代替接触式结构,以满足高可靠性要求。
图1-5 具有环形变压器的非接触式自整角机
常见的一种非接触式自整角机如图1-5所示,图中用环形变压器代替图1-4中集电环和电刷,环形变压器的铁芯做成带内外槽的两个环形结构,分别安装在自整角机的定子和转子上,环内分别放置变压器的一、二次绕组,其余部分与接触式相同,当变压器器一次绕组接电源时,二次绕组便有了感应电动势,然后把该电动势传递到转子励磁绕组上。

。图中由结构、参数均相同的两台自整角机构成自整角机组。一台用来发送转角信号,它的励磁绕组接到单相交流电源上,称为自整角发送机,用ZKF表示。另一台用来接收转角信号并将转角信号转换成励磁绕组中