自整角机：感应式机电元件的利器

1.用途

在自动装置和遥控系统中，常需要监视和控制远处的工作设备。一方面要了解远处工作设备的运行情况，例如液面的高低、阀门的开度、电梯和矿井提升机的位置、变压器分接开关位置等；另一方面控制中心还要发出控制指令，以便对工作设备进行操纵。为完成上述任务，常常需要使用自整角机。

自整角机是一种感应式机电元件。它被广泛应用于随动系统中，作为角度的传输、变换和指示。在系统中通常有两台或多台组合使用。

随动系统是通过两台或多台电机在电路上的联系，使机械上互不相连的两根或多根转轴能够自动地保持相同的转角变化，或同步旋转。电机具有的上述性能，称为自整步特性，在该系统中使用的这类电机称为自整角机。在随动系统中，产生信号的一方称为发送方，它所使用的自整角机称为发送机。它安装在需要发出指令的控制中心；接受信号的一方称为接收方，它所使用的自整角机称为接收机，它安装在需要监督和控制的设备处。

2.类型

自整角机通常有以下几种分类方法：

根据在同步传动系统中的作用，可分为自整角发送机和自整角接收机。

根据使用要求的不同，可分为力矩式自整角机和控制式自整角机（见表6-27）。前者主要用于指示系统，后者主要用于随动系统。

表6-27 自整角机的分类与用途

根据相数不同，可分为三相自整角机和单相自整角机。前者用于电轴系统，后者用于角传递系统。

自动控制系统中通常使用的均是单相自整角机。常用的电源频率有400Hz和50Hz两种。

单相自整角机按结构型式可分为接触式和无接触式两大类。接触式自整角机的结构如图6-7所示，其结构简单，制造方便。其定子由铁心和绕组两部分组成。铁心用硅钢片或铁镍软磁合金带（坡莫合金）冲制后叠压而成。铁心槽内放置三相整步绕组。转子由铁心、绕组、转轴及集电环等几部分组成。转轴通常用不锈钢制造。这种自整角机由于结构简单，性能较好，使用较为广泛。

为了消除由于滑动接触所引起的误差和提高运行的可靠性，可采用无接触式结构，如图6-8所示。其特点是，没有电刷、集电环装置，其励磁绕组和整步绕组都是固定不动的。励磁绕组做成两个环行线圈放在定子铁心的两侧，转子由硅钢片叠成两部分，中间用非磁性材料铝相隔并铸成整体，转子上无绕组。

图6-7 接触式自整角机结构图(www.xing528.com)

图6-8 无接触式自整角机结构图

无接触式自整角机具有可靠性高、寿命长、不产生无线电干扰等优点。缺点是结构复杂、电气性能差。

3.主要性能指标

（1）力矩式自整角机的主要技术指标

力矩式自整角机通常用于角度传输的指示系统，因此要求它们有较高的角度传输精度。

1）比整步转矩T₀（也称比力矩）：是指失调角为1°时的整步转矩（Ｎ·M/°）。它与摩擦力矩的大小决定了静态误差，也就决定了接收机的精度。

2）阻尼时间T_ｎ：是指力矩式接收机与相同电磁性能的标准发送机同步连接后，失调角为177°±2°时，力矩式接收机由失调位置稳定到协调位置所需的时间。阻尼时间按规定应不大于3S。阻尼时间越小，表示接收机的跟随性能越好。

3）零位误差Δθ₀：力矩式自整角发送机励磁后，从基准电气零位开始，转子每转过60°，在理论上整步绕组中有一组线间电动势为零，此位置称作理论电气零位。由于设计和工艺因素的影响，实际电气零位与理论电气零位有差异，此差值即为零位误差，以角分表示。力矩式发送机的精度是由零位误差来确定的。

4）静态误差Δθ_J：理论上发送机和接收机的转子只能稳定在失调角为零的位置上，但是由于机轴总存在着摩擦转矩，所以只要失调角所引起的转矩小于或等于摩擦转矩，系统可以保持稳定。这时的失调角称为静态误差，以角度表示。力矩式接收机的精度是由静态误差来确定的。

（2）控制式自整角机的主要技术指标

1）电气误差Δθ_E：当自整角发送机和自整角变压器转子处在协调位置时，从理论上讲，自整角变压器的输出电压为零。但是，由于设计、工艺、材料等因素的影响，实际的转子转角与理论值是有差异的，此差值即为电气误差，以角分表示。控制式自整角发送机及自整角变压器的精度是由电气误差所决定的。

2）剩余电压U₀（也称零位电压）：从理论上讲，当自整角变压器转子和发送机转子处在协调位置时，自整角变压器的输出电压应等于零。但实际上，由于制造和结构原因常有误差存在，使输出电压不为零。人们把自整角变压器转子和自整角发送机转子处在协调位置时，输出绕组出现的端电压称为剩余电压（又称零位电压）。它会降低系统的灵敏度。

3）比电压：自整角变压器的比电压是指它与自整角发送机处于协调位置附近，失调角为1°时的输出电压（V/°）。比电压是自整角变压器的一项重要性能指标，它直接影响到系统的灵敏度。比电压越大，表示系统的精度和灵敏度越高。

4）输出相位移φ：由于自整角发送机的励磁阻抗、自整角变压器的输出绕组阻抗和两者整步绕组阻抗及负载阻抗的影响，使输出电压和励磁电压之间存在相位差。所谓输出相位移就是指自整角变压器的输出电压的基波分量与自整角发送机励磁电压的基波分量之间的时间相位差（角度）。它将直接影响到系统的移相要求。