電機(jī)原理與拖動基礎(chǔ) 課件 第9章－控制電機(jī)

第9章控制電機(jī)第9章控制電機(jī)

9.1單相異步電動機(jī)

9.2測速發(fā)電機(jī)

9.3伺服電動機(jī)

9.4步進(jìn)電機(jī)

9.5旋轉(zhuǎn)變壓器

9.6永磁式直流力矩電動機(jī)

9.7直線異步電動機(jī)9.1單相異步電動機(jī)9.1.1單相異步電動機(jī)的工作原理一個(gè)脈振磁動勢表達(dá)式:一個(gè)脈振磁動勢可以分解為兩個(gè)幅值相等（各等于脈振磁動勢振幅的一半），轉(zhuǎn)速相等（都是同步轉(zhuǎn)速），但轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動勢，其中轉(zhuǎn)向與電動機(jī)轉(zhuǎn)向相同的稱為正轉(zhuǎn)磁動勢相應(yīng)的空間矢量表示為；另一個(gè)與電動機(jī)轉(zhuǎn)向相反的稱為逆轉(zhuǎn)磁動勢，相應(yīng)的空間矢量表示為。把一個(gè)單相繞組用兩套結(jié)構(gòu)完全相同，但相序相反的三相繞組串聯(lián)來等效。如圖所示。1）單相感應(yīng)電動機(jī)無起動轉(zhuǎn)矩，如不采取其它措施，電動機(jī)不能起動。2）合成轉(zhuǎn)矩曲線對稱于s+=s-=1點(diǎn)。單相感應(yīng)電動機(jī)雖無起動轉(zhuǎn)矩，但一經(jīng)起動，便可達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速工作，而旋轉(zhuǎn)方向則由起動時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向而定。3）單相感應(yīng)電動機(jī)的過載能力較三相感應(yīng)電動機(jī)小，而在負(fù)載轉(zhuǎn)矩相同的，轉(zhuǎn)差率則較大。單相異步電動機(jī)的主要特點(diǎn)：一個(gè)單相脈振磁動勢可以分解為一個(gè)正轉(zhuǎn)磁動勢和一個(gè)反轉(zhuǎn)磁動勢，它們幅值相等。但在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，由于轉(zhuǎn)子繞組的磁動勢對反轉(zhuǎn)磁動勢的去磁作用較強(qiáng)，使反轉(zhuǎn)磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正轉(zhuǎn)磁通轉(zhuǎn)子磁動勢的作用電動機(jī)產(chǎn)生的有效轉(zhuǎn)矩：正轉(zhuǎn)磁動勢產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T+與逆轉(zhuǎn)磁動勢所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T-的方向是相反的，它們相互抵消后剩下的部分正轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)差率：逆轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)差率：即當(dāng)s+=0時(shí)，相當(dāng)于s-=2當(dāng)s-=0時(shí)，相當(dāng)于s+=2單相感應(yīng)電動機(jī)的T-S曲線：02TT-T+02S-=2-S+S+11T正常運(yùn)行，對正轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)子繞組的電抗X2+=s+Xσ2=sXσ2

對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)子繞組的電抗X2-=s-Xσ2=（2-s）Xσ2

F+與F-的合成磁動勢不再是一個(gè)脈振磁動勢，而是一個(gè)空間作正弦分布、幅值變動，非恒速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢，合成磁動勢矢量端點(diǎn)描繪的軌跡為一個(gè)橢圓，稱為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。因此單相感應(yīng)電動機(jī)一經(jīng)轉(zhuǎn)動后，就能夠產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。9.1.2單相異步電動機(jī)的主要類型和啟動方法根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場的方式不同不同（也就是起動方法），單相感應(yīng)電動機(jī)可分成下列幾種主要類型：一、分相電動機(jī)分相電動機(jī)設(shè)計(jì)原理的依據(jù)：空間不同相的繞組中通以時(shí)間不同相的電流，其合成磁動勢就是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動勢。1）電阻分相電動機(jī)電動機(jī)定子上嵌有兩個(gè)單相繞組，一個(gè)稱為主繞組（或稱為工作繞組），一個(gè)稱為輔助繞組（或稱為起動繞組）。兩個(gè)繞組在空間相差90°電角度，它們接在同一單相電源上。如圖特點(diǎn)：產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩較小，起動電流較大。二、電容電動機(jī)2）電容分相電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上，它和電阻分相電動機(jī)相似，只是在輔助繞組中串入一個(gè)恰當(dāng)?shù)碾娙?，則可在電動機(jī)中建立起一個(gè)橢圓度較小的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩。在結(jié)構(gòu)上與電容分相電動機(jī)一樣，只是輔助繞組和電容器都設(shè)計(jì)成能長期工作的，實(shí)質(zhì)上這時(shí)成了一臺兩相電動機(jī)，運(yùn)行性能較好。三、罩極電動機(jī)1）凸極式罩極電動機(jī)形狀類似直流電動機(jī)的定子，如圖，但做成有凸出的磁極，每個(gè)極上裝有集中繞組，稱為主繞組，每個(gè)極的極靴上開一個(gè)小槽，槽中嵌入短路銅環(huán)，一般罩住極靴面積的1/3左右。特點(diǎn)：在電動機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)類似于旋轉(zhuǎn)磁場的“掃動磁場”，實(shí)質(zhì)上是一種橢圓度很大的旋轉(zhuǎn)磁場，使電動機(jī)獲得一定的起動轉(zhuǎn)矩。特點(diǎn)：罩極電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，但起動轉(zhuǎn)矩小，只能在很輕的負(fù)載下起動，多用于風(fēng)扇中。隱式罩極電動機(jī)定子分布繞組展開圖2）隱極式罩極電動機(jī)隱極式罩極電動機(jī)的定子鐵心和一般三相感應(yīng)電動機(jī)的定子鐵心一樣，但是在定子槽中嵌有兩套繞組，即主繞組1和罩極繞組2，如圖。9.2測速發(fā)電機(jī)

9.2.1直流測速發(fā)電機(jī)

9.2.2交流測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)是一種反映轉(zhuǎn)速的信號元件，它將輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號輸出，這要求電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。9.2.1直流測速發(fā)電機(jī)一、工作原理直流測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與普通小型直流發(fā)電機(jī)相同，按勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)式和永磁式兩種。其原理圖如圖，在恒定磁場中，電樞以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞上的導(dǎo)體切割磁通φ0，在電刷間產(chǎn)生空載感應(yīng)電動勢E0。在空載時(shí)，即電樞電流Ia=0,其輸出電壓就是空載感應(yīng)電動勢，即U0=E0，因而輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。在負(fù)載時(shí)，因電樞電流Ia≠0，若不講電樞反應(yīng)的影響，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U=E0-IaRa,電樞電流為

以上三式整理得在理想情況下，Ra、Rz和φο均為常數(shù)，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U與轉(zhuǎn)速n仍成線性關(guān)系。對于不同的負(fù)載電阻，測速發(fā)電機(jī)的輸出特性的斜率也有所不同，它隨負(fù)載電阻的減小而降低，如圖。直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性二、誤差原因直流測速發(fā)電機(jī)輸出電壓U與轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系的條件是φο、Ra、Rz保持不變，實(shí)際上，在運(yùn)行時(shí)，有一些因素會引起這些量發(fā)生變化，這些因素是：①周圍環(huán)境溫度的變化，特別是勵(lì)磁繞組長期通電熱而引起的勵(lì)磁繞組電阻的變化，將引起勵(lì)磁電流及磁通φ0的變化，從而造成線性誤差。②直流測速發(fā)電機(jī)有負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)的去磁作用，使測速發(fā)電機(jī)氣隙磁通減小，引起線性誤差。③因?yàn)殡姌须娐房傠娮柚邪娝⑴c換向器的接觸電阻，而這種接觸電阻是隨負(fù)載電流變化而變化的。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，相應(yīng)的電樞電流較小，而接觸電阻較大，這時(shí)測速發(fā)電機(jī)雖然有輸入信號（轉(zhuǎn)速），但輸出電壓卻很小，因而在輸出特性上引起線性誤差。為了減小由溫度變化而引起的磁通變化一方面可在實(shí)際使用時(shí)在勵(lì)磁回路中串聯(lián)一個(gè)電阻值較大的附加電阻。另一方面設(shè)計(jì)時(shí)可使發(fā)電機(jī)磁路處于較飽和狀態(tài)為了減小電樞反應(yīng)的去磁作用在設(shè)計(jì)時(shí)可在定子磁極上安裝補(bǔ)償繞組，并選取較小的線負(fù)荷和適當(dāng)加大發(fā)電機(jī)氣隙，在使用時(shí)盡可能采用大的負(fù)載電阻，并選用適當(dāng)?shù)碾娝?，以減小電刷接觸壓降。9.2.2交流測速發(fā)電機(jī)一、工作原理空心杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)相似，轉(zhuǎn)子是一個(gè)薄壁非磁性杯，通常用高電阻率的硅錳青銅或鋁鋅青銅制成。定子的兩相繞組在空間位置上嚴(yán)格保持90°電角度，其中一相作為勵(lì)磁繞組，外施穩(wěn)頻穩(wěn)壓的交流電源勵(lì)磁；另一相作為輸出繞組，其兩端的電壓即為測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓，如圖。交流異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子不動時(shí)d軸的脈振磁通只能在空心杯轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電動勢，這一變壓器電動勢將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，此電流所產(chǎn)生的磁通與勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通在同一軸線上，阻礙φ1的變化，所以合成磁通仍為沿d軸的磁通φd。而輸出繞組的軸線和勵(lì)磁繞組軸線空間位置相關(guān)90°電角度，它與d軸磁通沒有耦合關(guān)系，故不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，輸出電壓為零。交流異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理當(dāng)電機(jī)的勵(lì)磁繞組外施電壓U1時(shí)，便有電流I1流過繞組，在電機(jī)氣隙中沿勵(lì)磁繞組軸線（d軸）產(chǎn)生一頻率為f的脈動磁通φ1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后轉(zhuǎn)子繞組中除了感應(yīng)有變壓器電動勢外，同時(shí)因轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁通φd，而在轉(zhuǎn)子繞組中同還感應(yīng)一旋轉(zhuǎn)電動勢Erq，其有效值為Cq——比例常數(shù)。而φq的軸線則與輸出繞組軸線（q軸）重合，由于φq作用在q軸，因而在定子輸出繞組中感應(yīng)出變壓器電動勢，其頻率仍為f，而有效值為式中N2Kw2——輸出繞組的有效匝數(shù)，對一定的電機(jī)，其值為常數(shù)。考慮到φq∝Erq而Erq∝n，故輸出電動勢E2可寫成E2=C1nC1——比例常數(shù)。即輸出繞組中所感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢E2與轉(zhuǎn)速n成正比，由這個(gè)電動勢產(chǎn)生輸出電壓U2。若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，則轉(zhuǎn)子中的旋轉(zhuǎn)電動勢Erq，電流Irq及其所產(chǎn)生的磁通φq的相位均隨之相反，因而輸出電壓的相位也相反。這樣，異步測速發(fā)電機(jī)就能將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成電壓信號，實(shí)現(xiàn)測速的目的。二、主要誤差自動控制系統(tǒng)對異步測速發(fā)電機(jī)的要求：

①輸出電壓與轉(zhuǎn)速成嚴(yán)格的線性關(guān)系。②輸出電壓與勵(lì)磁電壓（壓）相同。③轉(zhuǎn)速為零時(shí)，沒有輸出電壓，即所謂剩余電壓為零。一、線性誤差輸出電壓U2與轉(zhuǎn)速n成嚴(yán)格的線性關(guān)系的前提是勵(lì)磁繞組軸線（d軸）上產(chǎn)生變壓器電動勢的脈振磁通φd的振幅應(yīng)保持恒定。但是實(shí)際上勵(lì)磁繞組有電阻和漏抗φd的振幅是變化的，這就破壞了輸出電壓與轉(zhuǎn)速應(yīng)保持的線性關(guān)系。減少誤差方法:①設(shè)法減小定子阻抗和增大轉(zhuǎn)子電阻。②可提高電源頻率以增加同步轉(zhuǎn)速，減小相對轉(zhuǎn)速，降低測速發(fā)電機(jī)的最大誤差。二、相位誤差輸出電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位誤差是由勵(lì)磁繞組的漏阻抗壓降所引起的。測速發(fā)電機(jī)已勵(lì)磁而轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)（即零信號狀態(tài)下）時(shí)，輸出繞組所出現(xiàn)的電壓，稱為剩余電壓，亦稱零信號電壓。產(chǎn)生剩余電壓的原因主要有兩個(gè)方面:①制造工藝不良，如內(nèi)定子橢圓，造成磁路不對稱，繞組匝間短路以及兩相繞組在空間下完全成90°電角度等原因，使勵(lì)磁繞組與輸出繞組之間存在著耦合作用。②導(dǎo)磁材料不均勻以及非線性，產(chǎn)生高次諧波磁場，就會在輸出繞組中感應(yīng)出諧波電動勢。為此，應(yīng)合理地選擇磁性材料和提高加工質(zhì)量，采用補(bǔ)償繞組和磁路補(bǔ)償?shù)却胧?，晝減少剩余電壓。三、剩余電壓四、選擇時(shí)應(yīng)注意的問題在選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的頻率電壓、工作轉(zhuǎn)速和具體用途夾選擇交流測速發(fā)電機(jī)的規(guī)格，用作解元件的應(yīng)著重考慮精度要高，輸出電壓穩(wěn)定性好；用于一般轉(zhuǎn)速檢測或作阻尼元件時(shí)，應(yīng)著重考慮輸出斜率要大。與直流測速發(fā)電機(jī)比較，交流異步測速發(fā)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)容易，運(yùn)行可靠；沒有電刷和換向器，因而無滑動接觸，輸出特性穩(wěn)定、精度高；摩擦力矩小，轉(zhuǎn)動慣量?。徽崔D(zhuǎn)輸電壓對稱。缺點(diǎn)：存在相位誤差和剩余電壓；輸出斜率??；輸出特性隨負(fù)載性質(zhì)（電阻、電感、電容）而有不同。當(dāng)使用直流或交流測速發(fā)電機(jī)都能滿足系統(tǒng)要求時(shí),則需考慮到它們的優(yōu)缺點(diǎn),全面權(quán)衡,合理選用。9.3伺服電動機(jī)

9.3.1直流伺服電動機(jī)

9.3.2交流伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)也稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制中作為執(zhí)行元件，把輸入的電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。9.3.1直流伺服電動機(jī)一、結(jié)構(gòu)和分類直流伺服電動機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一臺他勵(lì)式直流電動機(jī)。按結(jié)構(gòu)可分成傳統(tǒng)型和低慣量型兩大類。低慣量型直流伺服電動機(jī)

傳統(tǒng)型直流伺服電動機(jī)這種電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通直流同基本相同，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一般有杯形電樞、圓盤電樞、無槽電樞等結(jié)構(gòu)形式。低慣量型直流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子輕，轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)快速。二、控制方式把電樞電壓作為控制信號，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,這種控制方式稱為電樞控制式，電樞繞組稱為控制繞組，電樞電壓稱為控制電壓。直流伺服電動機(jī)也可以采用磁場控制方式，即磁極繞組作為控制繞組，接受控制電壓，而加在電樞繞組上的電壓恒定。電樞控制較磁場控制具有較多的優(yōu)點(diǎn)，因此自動控制系統(tǒng)中大多采用電樞控制，磁場控制只用于小功率電動機(jī)中。三、運(yùn)行特性電樞控制時(shí)直流伺服電動機(jī)的工作原理如圖。為分析簡便，作如下假設(shè)：電機(jī)磁路不飽和，即認(rèn)為電機(jī)的磁化曲線為一直線。略去負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)的影響。以上三式可得直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式由直流電動機(jī)可得（1）、機(jī)械特性機(jī)械特性是指控制電壓恒定時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，即UK=常數(shù)時(shí)，n=f(T)。由轉(zhuǎn)速公式或機(jī)械特性都可以看出，隨著控制電壓UK增大，電動機(jī)的機(jī)械特性曲線平行地向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩增加的方向移動，但是它的斜率保持不變，所以電樞控制時(shí)直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是一組平行的直線。電樞控制式直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性如圖。機(jī)械特性與縱軸的交點(diǎn)為電動機(jī)的理想轉(zhuǎn)速n0，即與橫軸的交點(diǎn)為電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TK（2）、調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制電壓的關(guān)系，即T=常數(shù)時(shí)，

n=f(UK)。從圖中看出這些調(diào)節(jié)特性曲線與橫軸的交點(diǎn)，表示在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)電動機(jī)的始動電壓，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，電動機(jī)的控制電壓大于相對應(yīng)的始動電壓，它調(diào)節(jié)特性曲線的橫坐標(biāo)從零到始動電壓的這一范圍稱為在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)伺服電動機(jī)的失靈區(qū)，顯然，失靈區(qū)的大小是與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比的。便能轉(zhuǎn)動起來并達(dá)到某一轉(zhuǎn)速；反之，控制電壓小于相對應(yīng)的始動電壓，由電動機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，它就不能起動。以上特性曲線是在兩個(gè)假設(shè)的前提下得到的，實(shí)際的直流伺服電動機(jī)的特性曲線只是一組接近直線的曲線。電樞控制直流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性（3）動態(tài)特性電樞控制時(shí)直流伺服電動機(jī)的動態(tài)特性，是指電動機(jī)的電樞上外施階躍電壓時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速從零開始的增長過程，即n=f(t)或w=f(t)。可見為了減小機(jī)械時(shí)間常數(shù)，應(yīng)當(dāng)選擇轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。此外，還可以改進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用更好的硬磁性材料，提高氣隙磁通密度，減小電樞繞組電阻?？芍?，當(dāng)時(shí)t=時(shí)，則電動機(jī)的有速度（或轉(zhuǎn)速）上升到穩(wěn)定角速度或轉(zhuǎn)速的0.632倍，當(dāng)時(shí)間t=4時(shí)，則電動機(jī)的角速度為w=0.985w0,過渡過程基本結(jié)束，故一般以t=4作為過渡過程的時(shí)間。由式直流伺服電動機(jī)角速度的變化曲線9.3.2交流伺服電動機(jī)一、基本結(jié)構(gòu)交流伺服電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上為一兩相感應(yīng)電動機(jī)，其定子兩相繞組在空間相距90°電角度，它們可以有相同或不同的匝數(shù)。定子繞組的一相作為勵(lì)磁繞組，運(yùn)行時(shí)接到電壓為Uf的交流電源上，另一相作為控制繞組，輸入控制電壓UK。電壓UK與Uf同頻率，一般采用50HZ或400HZ。常用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種為籠型轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如同普通籠型感應(yīng)電動機(jī)一樣，但是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量而做成細(xì)而長。另一種為非磁性空心杯轉(zhuǎn)子,這種結(jié)構(gòu)電動機(jī)中除了和一般感應(yīng)電動機(jī)一樣的定子外，還有一個(gè)內(nèi)定子。二、工作原理一量控制繞組有信號電壓，一般情況下，兩相繞組中電流產(chǎn)生的磁動勢Ff和Ff是不對稱的，則電動機(jī)內(nèi)部便建立起橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場分解為兩個(gè)速度相等、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，但它們大小不等，因此轉(zhuǎn)子上兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩也大小不等，方向相反，合成轉(zhuǎn)矩不為零，這樣轉(zhuǎn)子就不再保持靜止?fàn)顟B(tài)，而隨著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。若控制繞組無控制信號只有勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，則氣隙中形成的是單相脈振磁動勢，它可以分解為正、負(fù)序兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。它們大小相等，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反。所建立的正序旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子起拖動作用，產(chǎn)生拖動轉(zhuǎn)矩T+；負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子起制動作用，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩T-，當(dāng)電動機(jī)原處于靜止時(shí)，轉(zhuǎn)率差s=1，T+=T-，合成轉(zhuǎn)矩T=0，伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動。交流伺服電動機(jī)原理圖兩相交流伺服電動機(jī)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，當(dāng)控制信號電壓UK消失時(shí)，按照可控性的要求，伺服電動機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)，但此時(shí)電動機(jī)內(nèi)部建立的是單相脈振磁場，根據(jù)單相異步電動機(jī)工作原理，電動機(jī)將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱之“自轉(zhuǎn)”。“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象在自動控制系統(tǒng)中是不允許存在的，解決的辦法是增大轉(zhuǎn)子電阻。由圖中曲線中知，隨著轉(zhuǎn)子電阻增大，機(jī)械特性更接近線性關(guān)系。因此，為了使兩相并流伺服電動機(jī)達(dá)到調(diào)速范圍大和機(jī)械特性線性的要求，也必須使其轉(zhuǎn)子具有足夠大的電阻值。一般的異步電動機(jī)，其機(jī)械特性如圖中曲線1所示它的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)僅在轉(zhuǎn)差率S從0到Sm這一區(qū)間，因Sm約為0.1~0.2，所以電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍很小。如果增大轉(zhuǎn)子電阻，使其產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sm≥1，這樣，電動機(jī)的機(jī)械特性就如圖中曲線2所示，相應(yīng)于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由零到同步轉(zhuǎn)速的全部范圍內(nèi)均能穩(wěn)定運(yùn)行。異步電動機(jī)機(jī)械特性三、控制方式一、幅值控制調(diào)節(jié)控制電壓的大小來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，而控制電壓UK與勵(lì)磁電壓Uf之間的相位角保持90°電角度，通常UK滯后于Uf。當(dāng)控制電壓UK=0時(shí)，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，即n=0。二、相位控制調(diào)節(jié)控制電壓的相位（即調(diào)節(jié)控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位角β）來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，而控制電壓的幅值保持不變，當(dāng)β=0時(shí)，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。三、幅值一相位控制（或稱電容移相控制）將勵(lì)磁繞組上仍外施勵(lì)磁電壓Uf=U1-Uca，控制繞組上仍外施控制電壓UK，而UK的相位始終與U1同相。當(dāng)調(diào)節(jié)控制電壓UK的幅值來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，使勵(lì)磁繞組的電流If也發(fā)生變幅值一相位控制原理圖化，致使勵(lì)磁繞組的電壓Uf及電容C上的電壓Uca也隨之改變。這就是說，電壓UK及Uf的大小及它們之間的相位角β也都隨之改變。所以這是一種幅值和相位的復(fù)合控制方式。若控制電壓UK=0，電動機(jī)就停轉(zhuǎn)。這種控制方式是利用串聯(lián)電容器來分相的，它不需要復(fù)雜的移相裝置，所以設(shè)備簡單，成本較低，成為最常用的一種控制方式。四、運(yùn)行特性（1）、機(jī)械特性機(jī)械特性是控制電壓UK不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性a)幅值控制b)相位控制c)幅-相控制上圖中m為輸出轉(zhuǎn)矩對起動轉(zhuǎn)矩的相對值，v為轉(zhuǎn)速對同步轉(zhuǎn)速的相對值。從機(jī)械特性看出，不論哪種控制方式，控制電信號越小，機(jī)械特性就越下移，理想空載轉(zhuǎn)速也隨之減小。（2）調(diào)節(jié)特性兩相交流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，轉(zhuǎn)速隨控制電壓大小變化的關(guān)系。交流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性a)幅值控制b)相位控制c)幅-相控制由圖中看出，兩相交流伺服電動機(jī)在三不同控制方式下的調(diào)節(jié)特性都不是線性關(guān)系，只在轉(zhuǎn)速標(biāo)么值較小和信號系數(shù)不大范圍內(nèi)才接近于線性關(guān)系。相位控制時(shí)調(diào)節(jié)特性的線性度較好。交、直流伺服電動機(jī)的性能比較一、機(jī)械特性直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是線性的，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而均勻下降，在不同控制電壓影響很小。交流伺服電動機(jī)機(jī)械特性是非線性的，電容移相時(shí)機(jī)械特性非線性度更加嚴(yán)重，而且特性的斜率是隨著控制電壓的不同而變化的，機(jī)械特性很軟，轉(zhuǎn)矩的變化對轉(zhuǎn)速的影響很大，特別低速段更是如此。機(jī)械特性軟會削弱內(nèi)阻能力（即阻尼系數(shù)減少），增大時(shí)常數(shù)，因而降低系統(tǒng)的品質(zhì)，而機(jī)械特性斜率的變化，會給系統(tǒng)的穩(wěn)定和校正帶來困難。二、體積、質(zhì)量和效率為了滿足控制系統(tǒng)對電動機(jī)要求，交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻就得相當(dāng)大，這樣損耗就大，效率低，電動機(jī)利用程度差，而且電動機(jī)通常是運(yùn)行在橢圓磁場的情況下，負(fù)序磁場產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩使電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩減小。交流伺服電動機(jī)只適用小功率系統(tǒng)，而對于功率較大的控制系統(tǒng)，則普遍采用直流伺服電動機(jī)。三、“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象直流伺服電動機(jī)無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，而交流伺服電動機(jī)若參數(shù)選擇不適當(dāng)，或制造工藝不良，在單相狀態(tài)下會產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”。交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，適宜在不易檢修的場合使用。直流伺服電動機(jī)由于有電刷和換向，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造麻煩。電刷與換向器之間存在滑動接觸，電刷的接觸電阻也不穩(wěn)定，這些都會影響到電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。四、結(jié)構(gòu)五、放大器裝置直流伺服電動機(jī)的控制繞組通常是由放大器供電，而直流放大器有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，這將影響到系統(tǒng)的工作精度和穩(wěn)定性。9.4步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動機(jī)是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電機(jī)，說得通俗一點(diǎn)，就是給一個(gè)脈沖信號，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個(gè)角度或前進(jìn)一步。因此，這種電動機(jī)也稱為脈沖電動機(jī)。結(jié)構(gòu)及工作原理右圖是一個(gè)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，定、轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成。定子有六個(gè)磁極，每兩個(gè)相對的極繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子只有四個(gè)齒，齒寬等于定子極靴寬，上面沒有繞組。如圖a所示,當(dāng)U相控制繞組通電，而V相、W相都不通電時(shí)，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，所以轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子U極軸線對齊。如圖b所示,U相斷電、V相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子便逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30°，使轉(zhuǎn)子齒2和4的軸線與定子V極軸線對齊。如圖c所示,V相斷電、接通W相，轉(zhuǎn)子再過30°，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與W極軸線對齊。三相單三拍運(yùn)行時(shí)反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖如此按U-V-W-U……順序不斷接通和斷開控制繞組，轉(zhuǎn)子就會一步一步地按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速取決于控制繞組通電和斷電的頻率（即輸入的脈沖頻率），旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序，若步進(jìn)電動機(jī)通電次序改為U-W-V-U……則步進(jìn)電動機(jī)反向轉(zhuǎn)動。上述通電方式，稱為三相單三拍?！皢巍笔侵该看沃挥幸幌嗫刂评@組通電，“三拍”是指三次切換通電狀況為一個(gè)循環(huán)，第四拍就反復(fù)第一拍通電的情況。步進(jìn)電動機(jī)每拍轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角位移稱為步距角。三相單三拍通電方式時(shí)，步距角為30°。如圖a所示,當(dāng)U相控制繞組通電時(shí)，和單三拍運(yùn)行的情況相同，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子U極軸線對齊。如圖c所示，當(dāng)斷開U相使V相單獨(dú)接通時(shí)，在磁拉力作用下，轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，直到轉(zhuǎn)子齒2和4的軸線與定子V極軸線對齊為止，這時(shí)轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過15°角度。如圖b所示,當(dāng)U、V相控制繞組同時(shí)接通時(shí)，轉(zhuǎn)子的位置，應(yīng)兼顧到使U、V兩對極所形成的兩路磁通，在氣隙中所遇到的磁阻同樣程度地達(dá)到最小。這時(shí)相鄰兩個(gè)U、V磁極與轉(zhuǎn)子齒相作用的磁拉力大小相等且方向相反，使轉(zhuǎn)子處于平衡。這樣，當(dāng)U相通電轉(zhuǎn)到U、V兩相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子只能逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過15°。單、雙六拍運(yùn)行時(shí)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)如通電順序改為U-UW-W-WV-V-VU-U時(shí)，電動機(jī)將按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。對這種通電方式，定子三相控制繞組需經(jīng)過六次換接才能完成一個(gè)循環(huán)，故稱為“六拍”。同時(shí)這種通電，有時(shí)是單個(gè)控制繞組接通，有時(shí)又是兩個(gè)控制繞組同時(shí)接通，因此稱為單、雙六拍。采用單、雙拍通電方式時(shí)，步距角要比單拍通電方式減小一半（即=15°）。上述簡單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的步距角太大，即每一步轉(zhuǎn)過的角度太大，很難滿足生產(chǎn)中所提出位移量要小的要求下面介紹三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的一種典型結(jié)構(gòu)。在右圖中，三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)定子上有六個(gè)極，上面裝有控制繞組聯(lián)成U、V、W三相。轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布若干個(gè)小齒，定子每個(gè)磁極靴上也有若干個(gè)小齒。以轉(zhuǎn)子齒數(shù)zr=40，相數(shù)m=3，一相繞組通電時(shí)，在氣隙圓周上形成的磁極數(shù)2p=2，三相單三拍運(yùn)行為例：每一齒距的空間角每一極距的空間角每一極距所占的齒數(shù)小步距角的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)當(dāng)U-U′極下的定、轉(zhuǎn)子齒對齊時(shí)，V-V′極的定子齒和轉(zhuǎn)子齒必然錯(cuò)開1/3齒距，即為3°，如圖所示的展開圖。由于每一極距所占的齒數(shù)不是整數(shù)，由上圖可以看出，若斷開U相控制繞組而接通V相控制繞組，這時(shí)步進(jìn)電動機(jī)中產(chǎn)生沿V-V′極軸線方向的磁場，因磁通力圖走磁阻最小路徑閉合，就使轉(zhuǎn)子受到同步轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動1/3齒距（3°），直到使V-V′極下的定子齒和轉(zhuǎn)子齒對齊。相應(yīng)地U-U′極和W-W′極下的定子齒又分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)1/3齒距。按此順序連續(xù)不斷地通電，轉(zhuǎn)子便連續(xù)不斷地一步一步轉(zhuǎn)動。若采用三相單、雙六拍通電方式運(yùn)行，即按U-UV-V-VW-W-WU-U順序循環(huán)通電，同樣步距角也要減少一半，即每一脈沖時(shí)轉(zhuǎn)子僅轉(zhuǎn)動1.5°。如果脈沖頻率很高，步進(jìn)電動機(jī)控制繞組中送入的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)不是一步一步地轉(zhuǎn)動，而是連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的圓周數(shù)即轉(zhuǎn)速為運(yùn)行特性靜態(tài)運(yùn)行狀態(tài)步進(jìn)電動機(jī)不改變通電的狀態(tài)稱為靜態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。靜態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)角特性，簡稱矩角特性T=f(θ)，是步進(jìn)電動機(jī)的基本特性。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩就是同步轉(zhuǎn)矩（即電磁轉(zhuǎn)矩），轉(zhuǎn)角就是通電相的定、轉(zhuǎn)子齒中心線間用電角度表示的夾角θ，如圖所示。可見轉(zhuǎn)矩T隨轉(zhuǎn)角θ作周期變化，變化周期是一個(gè)齒距，即2π電弧度。定轉(zhuǎn)子間作用力

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明:反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)角特性接近正弦曲線，如圖反應(yīng)步進(jìn)電動機(jī)的矩角特性。在θ=0處，轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡位置,即通電相定、轉(zhuǎn)子齒對齊位置。因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子處于這個(gè)位置時(shí)，如有外力使轉(zhuǎn)子齒偏離這個(gè)位置，只要偏離角θ在0°＜θ＜180°的范圍內(nèi)，除去外力，轉(zhuǎn)子能自動地重新回到原來位置。θ=±π這個(gè)位置是不穩(wěn)定的，兩個(gè)不穩(wěn)定點(diǎn)之間的區(qū)域構(gòu)成靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。電磁轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Tmax，它表示了步進(jìn)電動機(jī)承受負(fù)載的能力，是步進(jìn)電動機(jī)最主要的性能指標(biāo)之一。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)步進(jìn)電動機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)與控制脈沖的頻率有關(guān)。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)在極低的頻率下運(yùn)行時(shí)，后一個(gè)脈沖到來之前，轉(zhuǎn)子已完成一步，并且運(yùn)動已基本停止，這時(shí)電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由一個(gè)個(gè)單步運(yùn)行狀態(tài)所組成。步進(jìn)電動機(jī)的單步運(yùn)行狀態(tài)為一振蕩過程。如圖

步進(jìn)電動機(jī)在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電動機(jī)的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩將小于最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，并隨著脈沖頻率的升高而降低。頻率很高，周期很短，電流來不及增長，顯然，動態(tài)轉(zhuǎn)矩也減小了。步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系，即所謂矩頻特性，是一條下降的曲線，如圖所示，這也是步進(jìn)電動機(jī)重要特性之一。步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子振動過程步進(jìn)電動機(jī)的矩頻特性驅(qū)動電源步進(jìn)電動機(jī)是由專用的驅(qū)動電源來供電的，驅(qū)動電源和步進(jìn)電動機(jī)是一個(gè)有機(jī)的整體。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源，基本上包括變頻信號源，脈沖分配器和脈沖放大器三個(gè)部分，如圖所示。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源9.5旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密的二次繞組（轉(zhuǎn)子繞組）可轉(zhuǎn)動的特殊變壓器，當(dāng)它的一次繞組（定子繞組）外接單相交流電源勵(lì)磁時(shí)，其二次繞組的輸出電壓將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角嚴(yán)格保持某種函數(shù)關(guān)系。9.5.1基本結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與普通繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)類似。為了獲得更好的電氣對稱性，以提高旋轉(zhuǎn)變壓器的精度，定轉(zhuǎn)子繞組均為兩個(gè)在空間互隔90°電角度的高精度正弦繞組。旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子鐵心均是采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳磁合金片或硅鋼片經(jīng)沖制、絕緣、疊裝而成。為了使鐵心的導(dǎo)磁性能各方向均勻一致，在鐵心疊片時(shí)采用每片錯(cuò)過一齒槽的旋轉(zhuǎn)形疊片法。有限轉(zhuǎn)角的無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器將轉(zhuǎn)子繞組的引出線做成彈性卷帶狀，這種轉(zhuǎn)子只能在一定的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（一般為1~2周）轉(zhuǎn)動。無限轉(zhuǎn)角的無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器將兩套繞組中的一套自行短接，而另一套則通過環(huán)形變壓器從定子邊引出，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角不受限制。直軸脈動磁通在勵(lì)繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢9.5.2工作原理一、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式中N1——繞組串聯(lián)匝數(shù)；Kω1——繞組因數(shù)；Φf——直軸脈動磁通的幅值正弦輸出繞組A的空載電壓為式中N2—轉(zhuǎn)子A、B繞組串聯(lián)匝數(shù)；Kw2—轉(zhuǎn)子A、B繞組因數(shù)。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖稱為電壓比，為定轉(zhuǎn)子繞組有效匝數(shù)比，也即為空載時(shí)輸出繞組的最大輸出電壓與勵(lì)磁電壓之比，是一個(gè)常數(shù)。從上式可看出，在正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器中，當(dāng)勵(lì)磁電壓恒定，轉(zhuǎn)子的正弦輸出繞組A空載時(shí)，其輸出電壓UAO將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α呈正弦函數(shù)關(guān)系。同理可得余弦輸出繞組B空載時(shí)電壓為UBO=EB=4.44fN2Kw2φfcosα=KuEfcosα=KuUfcosα

從上式中同樣可看出，在正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器中，當(dāng)勵(lì)磁電壓恒定，轉(zhuǎn)子的余弦輸出繞組的空載輸出電壓UBO將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α呈余弦函數(shù)關(guān)系。當(dāng)A繞組接入負(fù)阻抗ZA后，將有負(fù)載電流IA流過，它產(chǎn)生磁通φA將使空氣隙磁通分布發(fā)生畸變。圖a中勵(lì)磁繞組的軸線與直軸方向重合，轉(zhuǎn)子繞組A產(chǎn)生的磁通φA在直軸方向的分量φAd對勵(lì)磁磁通φf起去磁作用。但在交軸方向，φAd與f繞組間沒有互感作用，即A繞組交軸分量磁通φAq不可能f繞組中的電流來補(bǔ)償。若Uf不變，當(dāng)不考慮電阻和漏阻抗壓降時(shí)，直軸合成磁通可視為不變，因此當(dāng)A繞組中有電流時(shí)，f繞組中將流入負(fù)載分量電流以補(bǔ)償直軸的去磁分量。磁通φ〞Aq對轉(zhuǎn)子A繞組沒有交鏈，可不用考慮；磁通φˊAq與A繞組中感應(yīng)一自感電動勢，稱為交軸電樞反應(yīng)感抗電動勢EAq負(fù)載時(shí)的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器有負(fù)載時(shí)，A繞組中除了電勢EA以外，還有自感電動勢EAq，因此有負(fù)載時(shí)A繞組的電動勢不再和轉(zhuǎn)角α的正弦成正比，而出現(xiàn)了很大的誤差。為了消除輸出電壓的畸變，必須補(bǔ)償轉(zhuǎn)子A繞組的交軸磁通。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了達(dá)到完善的補(bǔ)償目的，通常采用定、轉(zhuǎn)子同時(shí)補(bǔ)償，可使誤差減至最小。如圖為定、轉(zhuǎn)子同時(shí)補(bǔ)償時(shí)的接線圖。有補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器9.5.4線性旋轉(zhuǎn)變壓器線性旋轉(zhuǎn)變壓器指其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α成正比關(guān)系的旋轉(zhuǎn)變壓器。當(dāng)定子f繞組接入電源后f繞組產(chǎn)生電動勢：Ef=4.44fN1Kw1φf

B繞組產(chǎn)生電動勢：EB=4.44fN2Kw2φfcosαA繞組產(chǎn)生電動勢：EA=4.44fN2Kw2φfsinα這些電動勢都是由同一個(gè)脈動磁通φf感應(yīng)產(chǎn)生的，因此它們在時(shí)間上同相位，都滯后φf90°電角度。若略去繞組中的漏阻抗壓降，則即式中由上式推出輸出電壓誤差概述前幾節(jié)在分析旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理時(shí)，假定理想條件下，采取適當(dāng)?shù)慕泳€方式就能使輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦函數(shù)關(guān)系，或者與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。實(shí)際上，由于許多因素的影響，使輸出電壓產(chǎn)生誤差。1)旋轉(zhuǎn)變壓器在加工過程中要嚴(yán)格按照工藝要求；2)在使用時(shí)采用必要的補(bǔ)償方式消除誤差；3)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從精度要求出發(fā)來選擇繞組的型式、定轉(zhuǎn)子的齒槽配合、鐵心的材料和變壓器中各部分的磁通密度大小等，以保證變壓器氣隙磁場按正弦規(guī)律分布。為了保證旋轉(zhuǎn)變壓器有良好的特性，在使用中還必須注意：

定子只有一個(gè)繞組勵(lì)磁時(shí)，另一個(gè)繞組應(yīng)聯(lián)接一個(gè)電源內(nèi)阻抗相同的阻抗或直接短接。

定子兩個(gè)繞組同時(shí)勵(lì)磁時(shí)，轉(zhuǎn)子的兩個(gè)輸出繞組的負(fù)載阻抗要盡可能相等。

使用中必須準(zhǔn)確調(diào)整零位，以免引起旋轉(zhuǎn)變壓器性能變差。旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器被廣泛用于高精度的角度傳輸系統(tǒng)和解算裝置中。旋轉(zhuǎn)變壓器在計(jì)算機(jī)中作為解算元件，可以用來進(jìn)行坐標(biāo)變換（直角坐標(biāo)換為極坐標(biāo)）、代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除、乘方、開方）、三角運(yùn)算（正弦、余弦、反正弦、反余弦）。9.6永磁式直流力矩電動機(jī)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

直流力矩電動機(jī)的工作原理和普通的直流伺服電動機(jī)相同，只是在結(jié)構(gòu)和外形尺寸的比例上有所不同。一般直流伺服電動機(jī)為了減少其轉(zhuǎn)動慣量，大部分做成細(xì)長圓柱形。而直流力矩電動機(jī)為了能在相同的體積和電樞電壓下產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩和低的轉(zhuǎn)速，一般做成圓盤狀，電樞長度和直徑之比一般為0.2左右；從結(jié)構(gòu)合理性來考慮，一般做成永磁多極的。為了減少轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的波動，選取較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)。

總體結(jié)構(gòu)型式有分裝式和內(nèi)裝式兩種，分裝式結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子和刷架三大部件，機(jī)殼和轉(zhuǎn)軸由用戶根據(jù)安裝方式自行選配；內(nèi)裝式則與一般電機(jī)相同，機(jī)殼和軸已由制造廠裝配好。直流力矩電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖9.6.1獲得大轉(zhuǎn)矩如上所述，力矩電動機(jī)之所以做成圓盤狀，為了能在相同的體積和控制電壓下產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩和較低的轉(zhuǎn)速。下圖所示的簡單模型，粗略地說明外形尺寸變化對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的影響。1.電樞形狀對轉(zhuǎn)矩的影響由電磁轉(zhuǎn)矩公式,得到下圖(a)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為式中，Na為圖(a)中電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)；Bp為一個(gè)磁極下氣隙磁通密度的平均值；la為圖(a)中導(dǎo)體在磁