【文章內(nèi)容簡介】 1．電磁轉(zhuǎn)矩　　 當(dāng)電樞繞組中流過電流時，電樞電流將與氣隙磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。假設(shè)電樞是光滑的，導(dǎo)體均勻分布在電樞表面，電刷放在幾何中心線上。載流導(dǎo)體在磁場中將受到電磁力的作用。根據(jù)這一規(guī)律，不論是直流電動機(jī)還是直流發(fā)電機(jī)，當(dāng)電樞繞組中流過電流時，都要產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩?！　?由于B、l與i．三者的方向互相垂直，根據(jù)電磁力定律，可直接利用f＝Bial這個公式來計算。由式(2—5)可看出，對于一個已經(jīng)制造好的電機(jī)，它的電磁轉(zhuǎn)矩Tem。正比于每極磁通中和電樞電流Is?！　?2．穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程　　 在直流電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)運行中，各種轉(zhuǎn)矩之間存在一定的平衡關(guān)系，它們町表述為相應(yīng)的平衡方程?！　?當(dāng)電動機(jī)帶著負(fù)載勻速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)軸上除了有驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩丁。和制動性質(zhì)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩丁2外，還有由于電機(jī)本身機(jī)械摩擦、電樞鐵芯中的鐵損耗而引起的阻轉(zhuǎn)矩To——空載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)要利用電磁轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩，保持電機(jī)穩(wěn)定運行，此時滿足：　　 Tem=T2+T0=TL (2—6)式中 TL——電動機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩，包括負(fù)載轉(zhuǎn)矩丁2和空載轉(zhuǎn)矩T0。　　 忽略空載轉(zhuǎn)矩T0時，TL＝T2。第三章 脈沖變壓器　　 變壓器是一種靜止的電機(jī)，它利用電磁感應(yīng)原理，把一種形式的電信號轉(zhuǎn)換成另一種形式的電信號。在自動控制系統(tǒng)中，常用的變壓器有小功率電源變壓器和作為信號傳遞的脈沖變壓器、輸入變壓器等。本章僅分析自動控制系統(tǒng)中的脈沖變壓器?！　?第一節(jié) 變壓器的工作原理　　 一、變壓器的基本工作原理變壓器工作原理的基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)定律。兩個互相絕緣的繞組套在同一個鐵芯上，繞組之間只有磁的耦合而沒有電的聯(lián)系，如圖3—1所示。其中接到交流電源的繞組稱為一次側(cè)(或原邊)繞組，如圖3—l繞組1所示；接到負(fù)載或輸出電信號的繞組稱為二次側(cè)(或副邊)繞組，如圖3—1繞組2所示?！　?當(dāng)一次繞組接交流電源時，繞組中有交流電流流過，在鐵芯中產(chǎn)生與外加電壓頻率相同的交變磁通φ。交變磁通φ同時交鏈一、二次繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變磁通φ在一、二次繞組中感應(yīng)出相同頻率的電動勢ee2：　　 式(3—1)說明改變一、二次繞組的匝數(shù)比即可改變變壓器的輸出電壓。若在二次側(cè)接上負(fù)載，二次側(cè)就有電流輸出，實現(xiàn)了改變電壓大小或把電信號傳遞給負(fù)載的目的，這就是變壓器的基本原理?！　?二、變壓器的結(jié)構(gòu)和分類　　 在自動控制系統(tǒng)中的變壓器，其結(jié)構(gòu)主要由鐵芯和繞在鐵芯上的繞組組成。繞組和鐵芯是變壓器的最基本部件，稱為電磁部分?！　?鐵芯是變壓器中耦合磁通的主磁路，為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵芯中的磁滯、渦流損耗，鐵芯一般用o．35～o．5mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。鐵芯型式有心式和殼式。鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分構(gòu)成，鐵軛將鐵芯柱連接起來形成閉合磁路。圖3—2所示為環(huán)型變壓器結(jié)構(gòu)，圖3—3所示為Ⅲ型鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)?！　?繞組是變壓器的電路部分，常用包有絕緣材料的銅線繞制而成。為了使繞組具有良好的機(jī)械性能，其外形一般為圓筒形狀。一次繞組只有一個，二次繞組有一個或多個。　　 三、變壓器的空載運行　　 1．空載時電磁關(guān)系　　 圖3—4所示是變壓器空載運行時的物理模型圖，當(dāng)一次繞組接上電源后．繞組中右電流i。流過，稱為空載電流。i0流過一次繞組，建立交變磁動勢f0＝i0Nl，在fo作用下產(chǎn)生交變磁通。根據(jù)所經(jīng)過的路徑不同，可把磁通分為主磁通φ和漏磁通φ10。主磁通沿鐵芯閉合，同時交鏈一、二次繞組；漏磁通以非鐵磁材料為磁路，只交鏈一次繞組。磁通中的絕大部分是主磁通，而漏磁通只占總磁通的一小部分(約o．1％一o．2％)?！　?交變的主磁通分別在一、二次繞組中感應(yīng)電動勢ee2，若主磁通按正弦規(guī)律變化，即：第四章 旋轉(zhuǎn)變壓器　　 旋轉(zhuǎn)變壓器是自動裝置中的一類精密控制電機(jī)。從工作原理．卜看，旋轉(zhuǎn)變壓器又是一種能旋轉(zhuǎn)的變壓器，其…、二次側(cè)繞組分別裝在定、轉(zhuǎn)子上。一、二次繞組的電磁感應(yīng)耦合程度由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角決定。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的一次側(cè)外施單相交流電壓勵磁時，二次側(cè)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。在控制系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)變壓器可作為解算元件，主要用于坐標(biāo)變換、三角函數(shù)運算等；在隨動系統(tǒng)中，可用于傳輸與轉(zhuǎn)角相應(yīng)的電信號；此外，還可用作移相器和角度一數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。　　 第一節(jié) 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點和分類　　 旋轉(zhuǎn)變壓器的典型結(jié)構(gòu)與一般繞線式異步電動機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成?！　?定子，轉(zhuǎn)子鐵芯采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳軟磁合金片或硅鋼片經(jīng)沖制、絕緣、疊裝而成。定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙是均勻的，定子鐵芯內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子鐵芯外圓都有齒槽，在槽內(nèi)分別嵌入兩個軸線在空間互相垂直的分布繞組。定子繞組用D1D2和D3D4表示，兩個繞組完全相同；轉(zhuǎn)子繞組用Z1Z2和Z3Z4表示，兩個繞組也完全相同。定子、轉(zhuǎn)子繞組如圖4—l所示。轉(zhuǎn)子繞組和滑環(huán)相接并經(jīng)電刷引出。線性旋轉(zhuǎn)變壓器因其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角較小，因此轉(zhuǎn)子繞組引出線通常做成彈性卷帶狀引到固定的接線板上?！　?旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和外形雖然與普通變壓器不同，但其基本工作原理完全一樣，定子繞組相當(dāng)于普通變壓器的原邊線圈，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于副邊線圈，轉(zhuǎn)子相對于定子可以旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，原邊、副邊繞組之間的磁耦合程度(互感)要發(fā)生變化，副邊輸出電壓與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角e成一定的函數(shù)關(guān)系?！　?轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸兩端的軸承檔和端蓋的軸承室之間裝有軸承，以達(dá)到轉(zhuǎn)子能自由旋轉(zhuǎn)的目的。轉(zhuǎn)子繞組引出線和滑環(huán)相接，滑環(huán)應(yīng)有4個，都固定在轉(zhuǎn)軸的一端。　　 電刷固定在后端蓋上與滑環(huán)摩擦接觸，轉(zhuǎn)子繞組引出線經(jīng)過滑環(huán)和電刷接在固定的接線柱上。對于線性旋轉(zhuǎn)變壓器，由于轉(zhuǎn)子并非連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而是僅轉(zhuǎn)過一定角度，因此一般是用軟導(dǎo)線直接將轉(zhuǎn)子繞組接到固定的接線柱上，省去滑環(huán)和電刷裝置，簡化了結(jié)構(gòu)?！　?為了提高旋轉(zhuǎn)變壓器的精度，整個電機(jī)經(jīng)過了精密的加工，電機(jī)繞組也進(jìn)行了特殊設(shè)計，各部分材料經(jīng)過嚴(yán)格選擇和處理。旋轉(zhuǎn)變壓器的繞組通常采用正弦繞組，以提高精度；電刷和滑環(huán)采用金屬合金，以提高接觸可靠性及壽命；轉(zhuǎn)軸采用不銹鋼材料，機(jī)殼采用經(jīng)陽極氧化處理的鋁合金；電機(jī)各零部件之間的連接采用波紋墊圈及檔圈；整個電機(jī)采取了全封閉結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)沖擊、振動、潮濕、污染等惡劣環(huán)境?！　?按照輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系來分，旋轉(zhuǎn)變壓器有四種基本形式：　　 (1)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器(代號XZ)。旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊加單相交流電源勵磁時，副邊的兩個輸出電壓分別與轉(zhuǎn)角呈正弦或余弦函數(shù)關(guān)系。　　 (2)線性旋轉(zhuǎn)變壓器(代號XX)。旋轉(zhuǎn)變壓器在一定的工作轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角(弧度)呈線性函數(shù)關(guān)系。　　 (3)比例式旋轉(zhuǎn)變壓器(代號XL)。旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上增加一個帶有調(diào)整和固定轉(zhuǎn)子位置的裝置，其輸出電壓也與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦關(guān)系，在自動控制系統(tǒng)中常作為調(diào)整電壓的比例元件?！　?(4)特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器在一定工作轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈一定的函數(shù)關(guān)系(正切函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、圓函數(shù)、對數(shù)函數(shù)等)，工作原理和結(jié)構(gòu)與正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器基本相同?！　?按照電機(jī)極對數(shù)多少來分，旋轉(zhuǎn)變壓器可分為單極對和多極對兩類，多極對數(shù)可以提高系統(tǒng)的精度?！　?按照有無電刷與滑環(huán)間的滑動接觸來分，旋轉(zhuǎn)變壓器可分為接觸式和無接觸式兩類?！　?本章以單極對、接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器為研究對象分析旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理及誤差補(bǔ)償?shù)??！　?第二節(jié) 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理　　 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的二次側(cè)輸出電壓與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。成正弦或余弦函數(shù)關(guān)系?！　?一、正弦繞組　　 在旋轉(zhuǎn)變壓器中常用的繞組有兩種形式：即雙層短距分布繞組和同心式正弦繞組。　　 雙層短距分布繞組能夠達(dá)到較高的繞組精度并有良好的工藝性，但在繞組中存在一定量的諧波磁動勢分量，其所引起的正余弦函數(shù)的誤差達(dá)o．01％～o．07％，再加上工藝因素引起的誤差，使旋轉(zhuǎn)變壓器的精度受到一定的限制，故雙層短距分布繞組只適合對精度要求不很高的旋轉(zhuǎn)變壓器?！　?同心式正弦繞組為高精度繞組，它使各次諧波削弱到相當(dāng)小，正余弦函數(shù)的誤差在o．03％以下。缺點為工藝性差，繞組系數(shù)低?！　?正弦繞組是指繞組各元件的導(dǎo)體數(shù)沿定子內(nèi)圓或轉(zhuǎn)子外圓按正弦規(guī)律分布的同心式繞組。通常有兩種分布形式：第一類是繞組的軸線對準(zhǔn)槽的中心線；第二類是繞