一種力矩式自整角機靜態誤差測試方法

盧天劍,毛垠怡,金佳屯

(中國電子科技集團公司第二十一研究所,上海200233)

0 引 言

力矩式自整角機是一種能對角位移或角速度傳遞的控制電機,廣泛用于自動控制系統。

在自動控制系統中,力矩式自整角機通常是由兩臺或多臺組合使用,由參數相同的發送機和接收機組成。通俗來講就是,接收機接到發送機多少角度,接收機就轉多少角度,這樣的話就能實現遠距離控制。但是,由于自整角接收機存在著或大或小的摩擦轉矩,造成接收機的偏轉角與發送機的偏轉角出現偏差,即靜態誤差。現有技術中,控制式自整角機的測試裝置、方法較為常見,而力矩式自整角機則較為少見。本文介紹力矩式自整角機的測試裝置和測試方法。

1 力矩式自整角機的工作原理

力矩式自整角機由定子、轉子組成。定轉子由硅鋼片沖制,經浸漆、涂膠、疊裝等而成。

力矩式自整角機的轉子鐵心上放置單相勵磁繞組,定子上放置三相整步繞組。

如圖1所示,它由兩臺相同參數的發送機和接收機連接組成,勵磁繞組激磁方式為共激磁,輸出繞組則按相序對應連接。兩臺電機同時通電后,整步繞組感應出勵磁繞組所產生磁場的電動勢,此電動勢與勵磁繞組產生磁場的空間位置決定了發送機偏轉的角度。發送機的偏轉角度為α1,接收機偏轉角度為α2。

圖1 力矩式自整角機組

當發送機和接收機處于零位位置時,兩者的轉子位置是一致的(α1=α2),發送機和接收機整步繞組中的電動勢相等,不產生整步轉矩。當發送機轉子偏轉一個角度時,此時發送機和接收機的偏轉角不同,發送機和接收機定子整步繞組中便出現電勢差,整步繞組回路中就會產生電流和整步轉矩,產生的整步轉矩就會帶動接收機轉子轉動。由以上分析,可以清楚地發現,只有當α1=α2時,發送機和接收機整步繞組中的電動勢才會相等,電流和轉矩才會等于零。也就是說,發送機轉動多少角度,接收機也得轉動多少角度。這就是力矩式自整角機的工作原理。

2 力矩式自整角機靜態誤差測試分析

2.1 系統構成

測試系統的構成如圖2所示。系統主要由2250數字電壓分析儀、角位置指示儀、光學分度頭、電機安裝支架、游標分度盤組成。力矩式自整角發送機安裝在光學分度頭,接收機則安裝在游標分度盤上。游標分度盤(如圖3所示)上刻度精確到分級,指針選擇則通過慣量換算得出,各種型號的電機選擇合適的指針。

圖2 測試系統

圖3 游標分度盤

游標分度盤上刻有0～360°轉角刻度線,指針上方刻有細分的20格小格,1小格表示1′,原理類似游標卡尺。指針下方則匹配一個小砝碼,必須有足夠的慣量能讓發送機帶動接收機指針跟隨。由精密光柵分度頭帶動游標分度盤的這樣一個機組,測試精度可以達到分級,基本滿足大部分的力矩式自整角機的測試要求。

2.2力矩式自整角發送機的靜態誤差

按圖4接線。勵磁繞組R1,R2接額定激勵電壓U(220 V),整步繞組S1-S3端接2250數字分析電壓表信號端(SIG)。

圖4 力矩式自整角機零位誤差接線圖

轉動分度頭,使Us1s3近似等于0,此位置為近似基準電氣零位。

發送機安裝在精密光柵分度頭,接收機則安裝在游標分度盤,并選取合適的指針。按圖5接線。發送機和接收機的勵磁繞組共激磁,施加額定電壓。發送機和接收機均調到基準電氣零位。

圖5 靜態誤差接線圖

轉動精密光柵分度頭,每轉過20°,在游標分度盤上讀取接收及實際轉過的角度并記錄下來。自整角接收機的角度大于標準自整角發送機的角度為正誤差,小于標準自整角發送機的角度則為負誤差,絕對值最大的正、負誤差之和一半為靜態誤差。

測試中需要注意的是零位調整,在調整之前其發送機和變壓器刻度盤上的讀數需要進行調零。轉動分度頭使得發送機處于零位位置,然后固定發送機轉子,再轉動游標分度盤,使刻度盤的讀數也為零,并固定。

2.3 力矩式自整角發送機阻尼時間的測量

將發送機和接收機的勵磁繞組加上額定電壓,轉動光柵分度頭,使得發送機處于零位位置。選取合適指針安裝于游標分度盤零度位置上,并固緊。

轉動接收機游標分度盤上指針使其偏轉30°±2°和177°±2°,然后松手,測量接收機轉子穩定到協調位置(1°以內)的時間并記錄,用示波器觀察如圖6所示,此時間為阻尼時間。

圖6 力矩式自整角機實驗接線圖

3 結 語

本文通過對力矩式自整角機結構、功能的介紹,詳細闡述了力矩式自整角機靜態誤差、阻尼時間、靜態整步轉矩與失調角關系的測量。通過精密光柵光學分度頭帶動力矩式自整角發送機,接收機則采用了游標分度盤,對比以往發送機、接收機通過簡易的刻度圓盤來測量,測量精度可提高到分級,滿足了大部分力矩式自整角機的測試要求。

[1]GJB 788A-99,自整角機通用規范[S].北京:國家機械工業局.1999.

[2]GJB 1939-94,無刷自整角機通用規范[S].北京:中華人民共和國電子工業部.1994.

[3]康連福.力矩式自整角機整步繞組交軸短路阻抗及其實驗測試的研究[J].長春理工大學學報,2003,26(1):57-60.