电机拖动--第9章控制电机

1、LFChun 制作 大连理工大学电气工程系第第 9 章章 控制电机控制电机9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机9.3 步进电动机步进电动机9.4 测速发电机测速发电机9.5 自整角机自整角机9.6 旋转变压器旋转变压器*9.7 感应同步器感应同步器9.1 伺服电动机伺服电动机9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机9.3 步进电动机步进电动机9.4 测速发电机测速发电机9.5 自整角机自整角机9.6 旋转变压器旋转变压器*9.7 感应同步器感应同步器9.1 伺服电动机伺服电动机电机与拖动电机与拖动返回主页返回主页大连理工大学电气工程系9.1 伺服电动机伺服电动机 伺服电动机伺服电动机 执行电动机。

2、执行电动机。 功能功能 将电压信号转换成转角或转速信号。将电压信号转换成转角或转速信号。 种类种类 直流伺服电动机、交流伺服电动机。直流伺服电动机、交流伺服电动机。1. 直流伺服电动机直流伺服电动机2. 交流伺服电动机交流伺服电动机第第9 章章 控制电机控制电机 大连理工大学电气工程系一、直流伺服电动机一、直流伺服电动机 1. 基本结构基本结构 与普通小型直流电动机相同。与普通小型直流电动机相同。 励磁方式励磁方式 电磁式：电磁式： 永磁式：永磁式： +Ua 电磁式电磁式9.1 伺服电动机伺服电动机 If+Uf 他励式、并励式、串励式。他励式、并励式、串励式。稀土永磁材料稀土永磁材料 +Ua

3、永磁式永磁式（如稀土钴、稀土钕铁硼）。（如稀土钴、稀土钕铁硼）。 SMIaE E SMIa大连理工大学电气工程系2. 工作原理工作原理 施加施加 UaIa主磁通：主磁通： TnE电磁转矩：电磁转矩： T = CT Ia 电动势：电动势： E = CE n电枢电路电压方程：电枢电路电压方程： Ua = E + Ra Ian =UaCERaCECT2T9.1 伺服电动机伺服电动机 大连理工大学电气工程系3. 控制方式及其特性控制方式及其特性 (1) 电枢控制式电枢控制式 Uf = UfN ， Ua = Uc（控制电压）（控制电压） n =UcCENRaCECTN2TOTn Uc3 Uc2Uc1Uc

4、3Uc2Uc1 机械特性机械特性9.1 伺服电动机伺服电动机 T1 T2 T3 T3T2T1 控制特性控制特性OUcn大连理工大学电气工程系 (2) 磁场控制式磁场控制式 Ua = UaN ， Uf = Uc（控制电压）（控制电压）忽略磁路饱和、不计电枢反应，则忽略磁路饱和、不计电枢反应，则 = C Uf = C Ucn =UaNCECUc Ra CECT C2Uc2 T Uc3Uc2 Uc1Uc3Uc2Uc1 机械特性机械特性 控制特性控制特性 非线性。非线性。 直流伺服电动机的功率直流伺服电动机的功率 1 600 W。9.1 伺服电动机伺服电动机 OTn大连理工大学电气工程系1. 基本结构

5、基本结构(1) 定子定子(2) 转子转子二、交流伺服电动机二、交流伺服电动机 空心杯形转子交空心杯形转子交流伺服电动机的流伺服电动机的结构示意图结构示意图9.1 伺服电动机伺服电动机 转子转子 内定子内定子 外定子外定子 绕组绕组 转轴转轴 大连理工大学电气工程系(1) 当两相绕组分别加上相位相差当两相绕组分别加上相位相差 90o 的额定电的额定电 压时。压时。 对称两相运行对称两相运行 ic 和和 if 产生产生 圆形旋转磁场圆形旋转磁场产生产生 T 转子旋转。转子旋转。 如果如果 uc 反相，即改变反相，即改变 ic 和和 if 的相序的相序旋转磁场改变方向旋转磁场改变方向 n 的方向改变

6、。的方向改变。 同时减小同时减小 uc 和和 uf 而保持其而保持其 90o 的相位差的相位差圆形磁通势圆形磁通势 的幅值的幅值 T n 。2. 工作原理工作原理SM 控制绕组控制绕组 励磁绕组励磁绕组 Uc Uf 9.1 伺服电动机伺服电动机 cfIcIf大连理工大学电气工程系(2) 当当 uc = 0 或或 uc 0，但，但 uc 和和 uf 同相位时。同相位时。 电动机处在单相状态电动机处在单相状态脉振磁通势脉振磁通势 F0 。 静止时：静止时：n = 0， F0FFFRTFTRT = TFTR TF = TR，T = 0，不能起动；，不能起动； 正在运行时：正在运行时： T 0，转子继

7、续旋转，转子继续旋转 单相自转！单相自转！ TOnn= f(TF)n= f(TR)n= f(T)普普通通异异步步电电动动机机nTOR2 n= f(TF)n= f(TR)n= f(T)交交流流伺伺服服电电动动机机9.1 伺服电动机伺服电动机 大连理工大学电气工程系(3) Uf = UN，UcUN 且保持相位差为且保持相位差为 90o 时，时， 或者或者 Uf = Uc = UN 但两者的相位差小于但两者的相位差小于 90o 时。时。 电动机处在不对称运行状态，将产生一个椭圆电动机处在不对称运行状态，将产生一个椭圆形旋转磁通势。形旋转磁通势。9.1 伺服电动机伺服电动机 SMUc Uf cfFcF

8、fIcIf 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产生 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的分解通势的分解 大连理工大学电气工程系 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产生 ( uc 和和 uf 大小不相等时大小不相等时) OFtFfFfmFcmFcF=Fc45oFcFfF90oF=Ff135oFcFfF180oF=Fc225oFcFfF270oF=Ff315oFcFfF360oF=Fc9.1 伺服电动机伺服电动机 大连理工大学电气工程系OFtFfFfmFcmFc45o90o135o180o225o270o315o360o9.1 伺服电动机伺服电动机 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产

9、生 ( uc 和和 uf 大小不相等时大小不相等时) t=0o45o90o135o180o225o270o315o360o大连理工大学电气工程系t=0o45o90o135o180o225o270o315o360o9.1 伺服电动机伺服电动机 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产生 ( uc 和和 uf 大小不相等时大小不相等时) 大连理工大学电气工程系OFtFfFfmFcmFct = 0o 45o 90o135o180o225o270o315o9.1 伺服电动机伺服电动机 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产生 ( uc 和和 uf 大小不相等时大小不相等时) 大连理工大学电气工程

10、系FfFfm=FcmFcOFt F=Fc /2FcFfF90oFfFcF90o + 2FfFcF180oF = Fc180o + 2FcFfF270oFfFcF270o + 2FfFcF360oF=Fc9.1 伺服电动机伺服电动机 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产生 ( 90o 时时 )大连理工大学电气工程系FfFfm=FcmFcOFt /290o90o + 2180o180o + 2270o270o + 2360o90o 290o + 2180o180o + 2270o 2270o +t=0o360o9.1 伺服电动机伺服电动机 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产生 ( 9

11、0o 时时 )大连理工大学电气工程系9.1 伺服电动机伺服电动机 90o 290o + 2180o180o + 2270o 2270o +t=0o360o大连理工大学电气工程系FfFfm=FcmFcOFt 椭圆形旋转磁椭圆形旋转磁通势的产生通势的产生 ( 90o 时时 )t = 0o90o 2180o270o90o + 2180o + 2270o + 29.1 伺服电动机伺服电动机 大连理工大学电气工程系 椭圆形旋转磁通势的分解椭圆形旋转磁通势的分解FRFFF9.1 伺服电动机伺服电动机 大连理工大学电气工程系FRFFF9.1 伺服电动机伺服电动机 椭圆形旋转磁通势的分解椭圆形旋转磁通势的分解

12、大连理工大学电气工程系FRFFF 结论：结论： 一个椭圆形旋转磁通势一个椭圆形旋转磁通势 F 可以分解为两个不等可以分解为两个不等 幅、等速的相向旋转的幅、等速的相向旋转的 圆形磁通势圆形磁通势 FF 和和 FR 。FFFFRTFTRT = TFTR9.1 伺服电动机伺服电动机 椭圆形旋转磁通势的分解椭圆形旋转磁通势的分解大连理工大学电气工程系 工作状态越不对称，工作状态越不对称，FF 和和 FR 相差越小，相差越小， 椭圆形越扁长，椭圆形越扁长，T 越小，越小，n 越低。越低。例如例如保持保持 = 90o 和和 Uf 不变，改变不变，改变 Uc 的大小的大小 Uc 由由 0UfFF 增强增强

13、FR 减弱减弱0nnmax椭圆形旋转磁场椭圆形旋转磁场两个旋转磁场两个旋转磁场（脉振磁场）（脉振磁场）一个旋一个旋转磁场转磁场 如果改变如果改变 uc 的相位，则的相位，则 F 的旋转方向改变，的旋转方向改变， 使使 T 反向，从而改变反向，从而改变 n 的方向。的方向。9.1 伺服电动机伺服电动机 大连理工大学电气工程系(1) 两相控制两相控制 保持保持 = 90o 和和 Uc = Uf ，同时改变，同时改变Uc 和和 Uf 的大小（始终为对称运行）。的大小（始终为对称运行）。(2) 幅值控制幅值控制 保持保持 = 90o 和和 Uf = UN，改变，改变 Uc 的大小。的大小。(3) 相位

14、控制相位控制 保持保持 Uc = Uf = UN ，改变，改变 的大小。的大小。(4) 幅相控制幅相控制 同时改变同时改变 uc 的大小和相位。的大小和相位。 交流伺服电动机的功率和频率：交流伺服电动机的功率和频率： 0.1 100 W，50Hz 、400Hz 等。等。3. 控制方式控制方式9.1 伺服电动机伺服电动机 大连理工大学电气工程系交流伺服电动机交流伺服电动机9.1 伺服电动机伺服电动机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系交流伺服电动机交流伺服电动机9.1 伺服电动机伺服电动机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系9.2 直流力矩电动机（直流力矩电动机（MT） 一种

15、特殊类型的伺服电动机。一种特殊类型的伺服电动机。 主要特点主要特点 能长期处于堵转状态下工作。能长期处于堵转状态下工作。 低转速、高转矩。低转速、高转矩。 反应速度快、机械特性线性度好、低速稳定性好。反应速度快、机械特性线性度好、低速稳定性好。 用途用途 用于对位置、速度的控制精度要求较高的系统。用于对位置、速度的控制精度要求较高的系统。1. 基本结构基本结构2. 工作原理工作原理第第9 章章 控制电机控制电机 大连理工大学电气工程系一、一、基本结构基本结构N SN SN SN SN SN SN SN SN SN S刷架环刷架环 转子绕组转子绕组 电刷电刷 结构结构特点特点 扁平形，带槽的定子

16、圆盘中嵌入永磁体。扁平形，带槽的定子圆盘中嵌入永磁体。 有分装式和内装式两种结构形式。有分装式和内装式两种结构形式。直流力矩电动机直流力矩电动机的结构式意图的结构式意图转子铁心转子铁心 9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机 定子定子 大连理工大学电气工程系直流力矩电动机直流力矩电动机9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系1. 长期堵转运行时，要求温度长期堵转运行时，要求温度 max。 与与 max 对应的对应的 Iamax 称为连续堵转电流称为连续堵转电流 Ib。 与与 Ib 对应的有：连续堵转转矩对应的有：连续堵转转矩 Tb 、连续堵转、连续堵转电

17、压电压 Ub、连续堵转功率、连续堵转功率 Pb。 Pb = Ub Ib，二、工作原理二、工作原理Ib = （Ra 为电枢电阻）为电枢电阻） Ub Ra2. 受定子永磁体去磁条件限制的参数受定子永磁体去磁条件限制的参数 峰值堵转电流峰值堵转电流 IP、峰值堵转转矩、峰值堵转转矩 Tb 、峰值、峰值 堵转电压堵转电压 UP、峰值堵转功率、峰值堵转功率 PP。 PP = UP IP， IP = （Ra 为电枢电阻）为电枢电阻） UP Ra9.2 直流力矩电动机直流力矩电动机 大连理工大学电气工程系9.3 步进电动机步进电动机 功能功能 将电脉冲信号转换成转角或转速信号。将电脉冲信号转换成转角或转速信

18、号。 转角转角 脉冲信号的个数；脉冲信号的个数； 转速转速 n 脉冲信号的频率。脉冲信号的频率。 用途用途 高精度的角度控制。高精度的角度控制。 分类分类 按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等； 按转子材料不同：永磁式、磁阻式（反应式）。按转子材料不同：永磁式、磁阻式（反应式）。1. 基本结构基本结构2. 工作原理工作原理第第9 章章 控制电机控制电机 与电源、负载、与电源、负载、环境等因素无关环境等因素无关大连理工大学电气工程系14 231. 定子定子 2. 转子转子一、基本结构一、基本结构 U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步进三相磁阻式步进电

19、动机原理图电动机原理图9.3 步进电机步进电机 大连理工大学电气工程系 步进电动机的典型结构步进电动机的典型结构 9.3 步进电机步进电机 U2U1W2W1V1V2大连理工大学电气工程系二、工作原理二、工作原理 一拍一拍 从一次通电到另一次通电。从一次通电到另一次通电。 步距角步距角 每一拍转子转过的角度。每一拍转子转过的角度。(1) m 相单相单 m 拍运行（三相单三拍运行）拍运行（三相单三拍运行） (2) m 相双相双 m 拍运行（三相双三拍运行）拍运行（三相双三拍运行） (3) m 相单双相单双 2m 拍运行（三相单双六拍运行）拍运行（三相单双六拍运行） 9.3 步进电机步进电机 大连理

20、工大学电气工程系14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W11. m 相单相单 m 拍运行（三相单三拍运行）拍运行（三相单三拍运行） 通电顺序：通电顺序： U 相相V 相相W 相相U 相。相。 U 相通电相通电 14 23U1U2V1V2W2W114 23 V 相通电相通电 U1U2V1V2W2W1 W 相通电相通电 9.3 步进电机步进电机 14 2314 23一步一步两步两步三步三步 步距角：步距角： = 30大连理工大学电气工程系2. m 相双相双 m 拍运行（三相双三拍运行）拍运行（三相双三拍运行） 通电顺序：通电顺序： UV 相相VW 相相WU 相。相。 14 2

21、3U1U2V1V2W2W1 UV 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通电相通电 14 23 步距角：步距角： = 309.3 步进电机步进电机 14 2314 23大连理工大学电气工程系3. m 相单双相单双 2m 拍运行拍运行 (三相单双六拍运行）三相单双六拍运行）通电顺序：通电顺序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W151

22、4 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角：步距角： = 15 9.3 步进电机步进电机 大连理工大学电气工程系 步距角步距角 =360z Nz ：转子齿数：转子齿数N ：拍数：拍数 转速转速 一个一个 转转 (1 / zN ) 圈，圈， 脉冲频率为脉冲频率为 f 每秒转每秒转 ( f / zN ) 圈。圈。n =60 fz N例如：例如：三相步进电动机三相步进电动机 z = 40，则，则采用单采用单/双三拍双三拍时：时：采用三相六拍采用三相六拍时：时：=360z N 360403= = 3=360z N 360406= = 1.59.3 步进电机步进电机 大连理工大学电气工程系 步进

23、电动机的参数步进电动机的参数 脉冲脉冲放大器放大器步进步进电动机电动机脉冲脉冲分配器分配器脉冲输入脉冲输入负载负载驱动电源驱动电源 最大静转矩、起动频率、运行频率。最大静转矩、起动频率、运行频率。 步进电动机的控制方式步进电动机的控制方式 9.3 步进电机步进电机 大连理工大学电气工程系步进电动机步进电动机9.3 步进电机步进电机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系步进电动机步进电动机9.3 步进电机步进电机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系步进电动机步进电动机PK系列：系列：5 相为相为 0.72步距角的大转矩、低振动步进电动机。步距角的大转矩、低振动步进电动机。2 相

24、为相为 0.9 1.8步距角的大转矩、低振动步进电动机。步距角的大转矩、低振动步进电动机。9.3 步进电机步进电机 5 相步进电动机相步进电动机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系9.4 测速发电机（测速发电机（TG） 功能功能 将转速信号转换成与之成正比的电压信号。将转速信号转换成与之成正比的电压信号。 用途用途 校正元件、计算元件。校正元件、计算元件。 种类种类1. 直流测速发电机直流测速发电机2. 交流测速发电机交流测速发电机第第9 章章 控制电机控制电机 大连理工大学电气工程系一、直流测速发电机一、直流测速发电机1. 基本结构基本结构 与普通小型直流发电机相同。与普通小型直流

25、发电机相同。 励磁方式：电磁式（他励）和永磁式。励磁方式：电磁式（他励）和永磁式。Uf If电磁式电磁式9.4 测速发电机测速发电机 永磁式永磁式2. 工作原理工作原理 空载时：空载时： U = E = CE n负载时：负载时：U = E Ra ITGRLI UE TGRLE I U 大连理工大学电气工程系U = CE nRaURLU = n CE 1 +RaRLU nRL RL2 RL1UnORL2RL1 产生误差的原因产生误差的原因 电枢反应。电枢反应。 环境温度的变化，引起各环境温度的变化，引起各 绕组的电阻值变化。绕组的电阻值变化。 负载变化，引起电刷与换负载变化，引起电刷与换 向器接

26、触电阻的变化。向器接触电阻的变化。9.4 测速发电机测速发电机 大连理工大学电气工程系二、交流测速发电机二、交流测速发电机 1. 基本结构基本结构 定子：定子： 转子：转子：2. 工作原理工作原理 定子铁心上有两相对称绕组。定子铁心上有两相对称绕组。 笼型、杯型。笼型、杯型。输出绕组输出绕组 励磁绕组励磁绕组 Uf Ifd 正弦交流正弦交流 uf if d d =dm sint(1) 转子静止时转子静止时励磁绕组励磁绕组一次绕组一次绕组转子绕组转子绕组二次绕组二次绕组EdEfEd Id 9.4 测速发电机测速发电机 Ef 大连理工大学电气工程系IfIdFf Fdd Uf Ifd Ed忽略励磁绕

27、组的漏阻抗，则忽略励磁绕组的漏阻抗，则 Uf =Ef = j 4.44 f kwf Nfdm 输出绕组：输出绕组： 与与d 无交链，不会产生无交链，不会产生 E0。 即：即：n = 0 时，时，U0 = 0 。 U0 Ed =j 4.44 f kwr Nrdm 9.4 测速发电机测速发电机 Ef 大连理工大学电气工程系 Uf Ifd Ed(2) 转子旋转时转子旋转时 d 交变感应交变感应旋转切割旋转切割 Ed Id Eq Iq Eq q q eq = C1d n = C1 n dm sintq = C2 eq = C1 C2 n dm sint = qm sintC1、C2 电机常数。电机常数

28、。qm = C1 C2 n dm 9.4 测速发电机测速发电机 U0 Ef 大连理工大学电气工程系输出绕组：输出绕组： U0 =E0 = j4.44 f kw0N0qm = j4.44 f kw0 N0 C1 C2 n dm = C1 C2 n Uf kw0 N0Kwf Nfq E0 U0 输出空载电压：输出空载电压： Uf Ifd U0 Eq q 结论：结论： U0 n 。 u0 与与 uf 同频率、同相位。同频率、同相位。 9.4 测速发电机测速发电机 EdEf E0 大连理工大学电气工程系测速发电机测速发电机9.4 测速发电机测速发电机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系9.5

29、 自整角机自整角机 （BS） 功能功能 将转角信号转换成电压信号，或反之。通过将转角信号转换成电压信号，或反之。通过 两个或两个以上的组合，以实现转角的传输、两个或两个以上的组合，以实现转角的传输、 转换和接收。转换和接收。 同步联接系统同步联接系统 无机械联接的两个系统同步转动。无机械联接的两个系统同步转动。 种类种类 按作用的不同：力矩式、控制式。按作用的不同：力矩式、控制式。 按相数的不同：单相、三相。按相数的不同：单相、三相。 结构结构 定子、转子。定子、转子。第第9 章章 控制电机控制电机 大连理工大学电气工程系自整角机的结构示意图自整角机的结构示意图转子铁心转子铁心 单相绕组单相绕

30、组 定子铁心定子铁心 三相绕组三相绕组 电刷电刷 9.5 自整角机自整角机 单相：单相：定子为三相绕组、转子为单相绕组。定子为三相绕组、转子为单相绕组。 三相：三相：定子、转子均为三相绕组。定子、转子均为三相绕组。大连理工大学电气工程系自整角机的结构图自整角机的结构图9.5 自整角机自整角机 后端盖后端盖 前球轴承前球轴承 集电环集电环端部端部 电刷电刷 集流环集流环端部触点端部触点 电刷电刷 定子外壳定子外壳 转轴转轴 前端盖前端盖 定子绕组定子绕组 转子转子 绕组绕组 减震器轮减震器轮 罩罩 壳壳 大连理工大学电气工程系一、力矩式自整角机一、力矩式自整角机UVWUVWa 发送机发送机 b

31、接收机接收机 1. 转子处在协调位置时转子处在协调位置时 纵向脉振纵向脉振 EUa = EUb ，EVa = EVb ， EWa = EWb ;IUIVIWIU = IV = IW = 0 T = 0，转子静止。，转子静止。 定定 同同子子 步步绕绕组组9.5 自整角机自整角机 EUbEVbEWbEUaEVaEWa大连理工大学电气工程系2. 转子处在非协调位置时转子处在非协调位置时 EUaEUb ，EVaEVb ，EWaEWb ; IU、IV、IW 0 T 0， 9.5 自整角机自整角机 UVWUVWa 发送机发送机 b 接收机接收机 IUIVIWEUaEVaEWaEUbEVbEWb大连理工大

32、学电气工程系2. 转子处在非协调位置时转子处在非协调位置时 EUaEUb ，EVaEVb ，EWaEWb ;IU、IV、IW 0 T 0， 接收机转子旋转接收机转子旋转 角。角。 重新达到协调位置，使重新达到协调位置，使 IU = IV = IW = 0， T = 0。 9.5 自整角机自整角机 UVWUVWa 发送机发送机 b 接收机接收机 IUIVIW EUaEVaEWaEUbEVbEWb大连理工大学电气工程系二、控制式自整角机二、控制式自整角机UVWa 控制式发送机控制式发送机 UVWb 自整角变压器自整角变压器 IUIVIWUfU01 转子处在协调位置时转子处在协调位置时 EU、EV、

33、EW 不同大小同相位，不同大小同相位， 则则 IU、IV、IW 不同大小同相位不同大小同相位 产生纵向脉振磁产生纵向脉振磁 场场 与输出绕组不交链与输出绕组不交链 U0 = 0。 9.5 自整角机自整角机 EUaEVaEWa大连理工大学电气工程系Uf2. 转子处在非协调位置时转子处在非协调位置时9.5 自整角机自整角机 Uf EU、EV、EW IU、IV、IW 与输出绕组交链与输出绕组交链 产生产生 E0sin 。 即即 U0sin 。 与输出绕组交与输出绕组交链的分量链的分量EUaEVaEWaUVWa 控制式发送机控制式发送机UVWb 自整角变压器自整角变压器U0IUIVIWE0 大连理工大

34、学电气工程系U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2 (a) 励磁绕组在垂直位置时励磁绕组在垂直位置时 9.5 自整角机自整角机 自整角机中的脉振磁场自整角机中的脉振磁场 (b) 励磁绕组转过励磁绕组转过 角时角时 大连理工大学电气工程系自整角机自整角机9.5 自整角机自整角机 更多的图片更多的图片 A 型发送器型发送器 M 型指示器型指示器 115 V，60 Hz 单相交流输入单相交流输入 大连理工大学电气工程系自整角机自整角机9.5 自整角机自整角机 更多的图片更多的图片 大连理工大学电气工程系9.6 旋转变压器（旋转变压器（BR） 功能功能 将转子转角变换成与之有函数关系的电压信

35、号。将转子转角变换成与之有函数关系的电压信号。 结构结构 相当于一台两相绕线型异步电动机。定、转子相当于一台两相绕线型异步电动机。定、转子 铁心上都有两个结构相同而互相垂直的绕组。铁心上都有两个结构相同而互相垂直的绕组。 种类种类 计算用和数据传输用旋转变压器。计算用和数据传输用旋转变压器。1. 正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器2. 线性旋转变压器线性旋转变压器*3. 比例式旋转变压器比例式旋转变压器*4. 数据传输用旋转变压器数据传输用旋转变压器第第9 章章 控制电机控制电机 大连理工大学电气工程系一、正余弦旋转变压器一、正余弦旋转变压器 将转子转角变换成与之成正将转子转角变换成与之成正 余

36、弦函数关系的电压信号。余弦函数关系的电压信号。 定子定子 D1D2 ：励磁绕组：励磁绕组。 D3D4 ：补偿绕组：补偿绕组。 转子转子 Z1Z2 ：余弦输出绕组。：余弦输出绕组。 Z3Z4 ：正弦输出绕组。：正弦输出绕组。D1D2D3D4Z1Z2Z3Z4基准位置基准位置（初始位置）（初始位置）9.6 旋转变压器旋转变压器 大连理工大学电气工程系1. 空载运行空载运行 D1D2D3D4Z1Z2Z3Z4UfUcos Usin 转子处在基准位置时转子处在基准位置时ID12 Uf ID12 FDd d 转子处在基准位置时转子处在基准位置时 在在 D1D2 中：中：d ED 在在 Z1Z2 中：中：d

37、EZ ED = 4.44 f kw1 N1dm EZ = 4.44 f kw2 N2dm Uf = ED（忽略漏阻抗）（忽略漏阻抗） Ucos = EZ = kED = kUf Usin = 0k = =EZEDkw2 N2kw1 N19.6 旋转变压器旋转变压器 大连理工大学电气工程系 转子偏离基准位置转子偏离基准位置 角时角时 转子偏离基准位置转子偏离基准位置 角角Z1Z2Z3Z4Ucos Usin D1D2D3D4UfID12 Z12 =d cos Z34 =d sin EZ12 = EZ cos = kED cos = kUf cos EZ34 = EZ sin = kED sin =

38、 kUf sin 空载输出电压：空载输出电压： Ucos = kUf cos Usin = kUf sin 9.6 旋转变压器旋转变压器 Z1Z3Z4Z2Ucos Usin d Z34 Z12大连理工大学电气工程系 设设 Z1Z2 接负载接负载 2. 负载运行负载运行 D1D2D3D4UfID12Z1Z3Z4Z2Ucos Usin ZL EZ12IZ12FZ12 FZd (纵向纵向)FZq (横向横向) FZqFZdFZ12FZd = FZ12 cos FZq = FZ12 sin FDd (定子定子)FZd (转子转子)d FZqZqEZ12、EZ34 EZ12 = kUf cos EZ12

39、 EZ34 = kUf sin EZ34 IZ12cos sin 9.6 旋转变压器旋转变压器 大连理工大学电气工程系 补偿方式补偿方式 (1) 定子边补偿定子边补偿 (2) 转子边补偿转子边补偿(3) 定转子边同时补偿定转子边同时补偿 D1D2D3D4UfID12Z1Z3Z4Z2Ucos Usin 将定子绕组将定子绕组 D3D4 短路。短路。 ZC将将 Z3Z4 接接 ZC 。 FZqFZdFZ12 FZqFZdFZ34ZLIZ12IZ34若若 ZC = ZL，Zq = 0。 9.6 旋转变压器旋转变压器 大连理工大学电气工程系二、线性旋转变压器二、线性旋转变压器 功能功能 在一定的转角范围

40、内，输出电压与转子转角在一定的转角范围内，输出电压与转子转角 成正比。成正比。 结构结构 与正弦、余弦旋转变压器相同。与正弦、余弦旋转变压器相同。 一般的正、余弦旋转变压器一般的正、余弦旋转变压器 UZ34 = EZ sin当当 很小时：很小时： UZ34EZ 例如：例如： = 14o = 0.244 346 rad sin 14o = 0.241 922 = 5o = 0.087 266 rad sin 5o = 0.087 1569.6 旋转变压器旋转变压器 大连理工大学电气工程系D1D2D3D4Z3Z1Z4Z2Uf U0 ZL 因为因为 定子边补偿，定子边补偿，所以所以 认为认为 q = 0 dED12、EZ12、EZ34三个三个 E 大小不同、相位相同。大小不同、相位相同。忽略漏阻抗，则忽略漏阻抗，则 Uf = ED12EZ12 = EDEZ cos = ED (1k cos) 电压比：电压比：k =EZED输出输出（忽略漏阻抗）：（忽略漏阻抗）： U0