一種力矩式自整角機(jī)靜態(tài)誤差測試方法

盧天劍,毛垠怡,金佳屯

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所,上海200233)

0 引 言

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

在自動控制系統(tǒng)中,力矩式自整角機(jī)通常是由兩臺或多臺組合使用,由參數(shù)相同的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)組成。通俗來講就是,接收機(jī)接到發(fā)送機(jī)多少角度,接收機(jī)就轉(zhuǎn)多少角度,這樣的話就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。但是,由于自整角接收機(jī)存在著或大或小的摩擦轉(zhuǎn)矩,造成接收機(jī)的偏轉(zhuǎn)角與發(fā)送機(jī)的偏轉(zhuǎn)角出現(xiàn)偏差,即靜態(tài)誤差?，F(xiàn)有技術(shù)中,控制式自整角機(jī)的測試裝置、方法較為常見,而力矩式自整角機(jī)則較為少見。本文介紹力矩式自整角機(jī)的測試裝置和測試方法。

1 力矩式自整角機(jī)的工作原理

力矩式自整角機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子組成。定轉(zhuǎn)子由硅鋼片沖制,經(jīng)浸漆、涂膠、疊裝等而成。

力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)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(shù)的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)連接組成,勵磁繞組激磁方式為共激磁,輸出繞組則按相序?qū)?yīng)連接。兩臺電機(jī)同時通電后,整步繞組感應(yīng)出勵磁繞組所產(chǎn)生磁場的電動勢,此電動勢與勵磁繞組產(chǎn)生磁場的空間位置決定了發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度。發(fā)送機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度為α1,接收機(jī)偏轉(zhuǎn)角度為α2。

圖1 力矩式自整角機(jī)組

當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)處于零位位置時,兩者的轉(zhuǎn)子位置是一致的(α1=α2),發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組中的電動勢相等,不產(chǎn)生整步轉(zhuǎn)矩。當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)一個角度時,此時發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的偏轉(zhuǎn)角不同,發(fā)送機(jī)和接收機(jī)定子整步繞組中便出現(xiàn)電勢差,整步繞組回路中就會產(chǎn)生電流和整步轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩就會帶動接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。由以上分析,可以清楚地發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)α1=α2時,發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組中的電動勢才會相等,電流和轉(zhuǎn)矩才會等于零。也就是說,發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)動多少角度,接收機(jī)也得轉(zhuǎn)動多少角度。這就是力矩式自整角機(jī)的工作原理。

2 力矩式自整角機(jī)靜態(tài)誤差測試分析

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

測試系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。系統(tǒng)主要由2250數(shù)字電壓分析儀、角位置指示儀、光學(xué)分度頭、電機(jī)安裝支架、游標(biāo)分度盤組成。力矩式自整角發(fā)送機(jī)安裝在光學(xué)分度頭,接收機(jī)則安裝在游標(biāo)分度盤上。游標(biāo)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(jī)選擇合適的指針。

圖2 測試系統(tǒng)

圖3 游標(biāo)分度盤

游標(biāo)分度盤上刻有0～360°轉(zhuǎn)角刻度線,指針上方刻有細(xì)分的20格小格,1小格表示1′,原理類似游標(biāo)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(fā)送機(jī)帶動接收機(jī)指針跟隨。由精密光柵分度頭帶動游標(biāo)分度盤的這樣一個機(jī)組,測試精度可以達(dá)到分級,基本滿足大部分的力矩式自整角機(jī)的測試要求。

2.2力矩式自整角發(fā)送機(jī)的靜態(tài)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(shù)字分析電壓表信號端(SIG)。

圖4 力矩式自整角機(jī)零位誤差接線圖

轉(zhuǎn)動分度頭,使Us1s3近似等于0,此位置為近似基準(zhǔn)電氣零位。

發(fā)送機(jī)安裝在精密光柵分度頭,接收機(jī)則安裝在游標(biāo)分度盤,并選取合適的指針。按圖5接線。發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的勵磁繞組共激磁,施加額定電壓。發(fā)送機(jī)和接收機(jī)均調(diào)到基準(zhǔn)電氣零位。

圖5 靜態(tài)誤差接線圖

轉(zhuǎn)動精密光柵分度頭,每轉(zhuǎn)過20°,在游標(biāo)分度盤上讀取接收及實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度并記錄下來。自整角接收機(jī)的角度大于標(biāo)準(zhǔn)自整角發(fā)送機(jī)的角度為正誤差,小于標(biāo)準(zhǔn)自整角發(fā)送機(jī)的角度則為負(fù)誤差,絕對值最大的正、負(fù)誤差之和一半為靜態(tài)誤差。

測試中需要注意的是零位調(diào)整,在調(diào)整之前其發(fā)送機(jī)和變壓器刻度盤上的讀數(shù)需要進(jìn)行調(diào)零。轉(zhuǎn)動分度頭使得發(fā)送機(jī)處于零位位置,然后固定發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子,再轉(zhuǎn)動游標(biāo)分度盤,使刻度盤的讀數(shù)也為零,并固定。

2.3 力矩式自整角發(fā)送機(jī)阻尼時間的測量

將發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的勵磁繞組加上額定電壓,轉(zhuǎn)動光柵分度頭,使得發(fā)送機(jī)處于零位位置。選取合適指針安裝于游標(biāo)分度盤零度位置上,并固緊。

轉(zhuǎn)動接收機(jī)游標(biāo)分度盤上指針使其偏轉(zhuǎn)30°±2°和177°±2°,然后松手,測量接收機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定到協(xié)調(diào)位置(1°以內(nèi))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(jī)實(shí)驗(yàn)接線圖

3 結(jié) 語

本文通過對力矩式自整角機(jī)結(jié)構(gòu)、功能的介紹,詳細(xì)闡述了力矩式自整角機(jī)靜態(tài)誤差、阻尼時間、靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角關(guān)系的測量。通過精密光柵光學(xué)分度頭帶動力矩式自整角發(fā)送機(jī),接收機(jī)則采用了游標(biāo)分度盤,對比以往發(fā)送機(jī)、接收機(jī)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(jī)的測試要求。

[1]GJB 788A-99,自整角機(jī)通用規(guī)范[S].北京:國家機(jī)械工業(yè)局.1999.

[2]GJB 1939-94,無刷自整角機(jī)通用規(guī)范[S].北京:中華人民共和國電子工業(yè)部.1994.

[3]康連福.力矩式自整角機(jī)整步繞組交軸短路阻抗及其實(shí)驗(yàn)測試的研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報,2003,26(1):57-60.