一种力矩式自整角机静态误差测试方法

卢天剑,毛垠怡,金佳屯

(中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海200233)

0 引 言

力矩式自整角机是一种能对角位移或角速度传递的控制电机,广泛用于自动控制系统。

在自动控制系统中,力矩式自整角机通常是由两台或多台组合使用,由参数相同的发送机和接收机组成。通俗来讲就是,接收机接到发送机多少角度,接收机就转多少角度,这样的话就能实现远距离控制。但是,由于自整角接收机存在着或大或小的摩擦转矩,造成接收机的偏转角与发送机的偏转角出现偏差,即静态误差。现有技术中,控制式自整角机的测试装置、方法较为常见,而力矩式自整角机则较为少见。本文介绍力矩式自整角机的测试装置和测试方法。

1 力矩式自整角机的工作原理

力矩式自整角机由定子、转子组成。定转子由硅钢片冲制,经浸漆、涂胶、叠装等而成。

力矩式自整角机的转子铁心上放置单相励磁绕组,定子上放置三相整步绕组。

如图1所示,它由两台相同参数的发送机和接收机连接组成,励磁绕组激磁方式为共激磁,输出绕组则按相序对应连接。两台电机同时通电后,整步绕组感应出励磁绕组所产生磁场的电动势,此电动势与励磁绕组产生磁场的空间位置决定了发送机偏转的角度。发送机的偏转角度为α1,接收机偏转角度为α2。

图1 力矩式自整角机组

当发送机和接收机处于零位位置时,两者的转子位置是一致的(α1=α2),发送机和接收机整步绕组中的电动势相等,不产生整步转矩。当发送机转子偏转一个角度时,此时发送机和接收机的偏转角不同,发送机和接收机定子整步绕组中便出现电势差,整步绕组回路中就会产生电流和整步转矩,产生的整步转矩就会带动接收机转子转动。由以上分析,可以清楚地发现,只有当α1=α2时,发送机和接收机整步绕组中的电动势才会相等,电流和转矩才会等于零。也就是说,发送机转动多少角度,接收机也得转动多少角度。这就是力矩式自整角机的工作原理。

2 力矩式自整角机静态误差测试分析

2.1 系统构成

测试系统的构成如图2所示。系统主要由2250数字电压分析仪、角位置指示仪、光学分度头、电机安装支架、游标分度盘组成。力矩式自整角发送机安装在光学分度头,接收机则安装在游标分度盘上。游标分度盘(如图3所示)上刻度精确到分级,指针选择则通过惯量换算得出,各种型号的电机选择合适的指针。

图2 测试系统

图3 游标分度盘

游标分度盘上刻有0～360°转角刻度线,指针上方刻有细分的20格小格,1小格表示1′,原理类似游标卡尺。指针下方则匹配一个小砝码,必须有足够的惯量能让发送机带动接收机指针跟随。由精密光栅分度头带动游标分度盘的这样一个机组,测试精度可以达到分级,基本满足大部分的力矩式自整角机的测试要求。

2.2力矩式自整角发送机的静态误差

按图4接线。励磁绕组R1,R2接额定激励电压U(220 V),整步绕组S1-S3端接2250数字分析电压表信号端(SIG)。

图4 力矩式自整角机零位误差接线图

转动分度头,使Us1s3近似等于0,此位置为近似基准电气零位。

发送机安装在精密光栅分度头,接收机则安装在游标分度盘,并选取合适的指针。按图5接线。发送机和接收机的励磁绕组共激磁,施加额定电压。发送机和接收机均调到基准电气零位。

图5 静态误差接线图

转动精密光栅分度头,每转过20°,在游标分度盘上读取接收及实际转过的角度并记录下来。自整角接收机的角度大于标准自整角发送机的角度为正误差,小于标准自整角发送机的角度则为负误差,绝对值最大的正、负误差之和一半为静态误差。

测试中需要注意的是零位调整,在调整之前其发送机和变压器刻度盘上的读数需要进行调零。转动分度头使得发送机处于零位位置,然后固定发送机转子,再转动游标分度盘,使刻度盘的读数也为零,并固定。

2.3 力矩式自整角发送机阻尼时间的测量

将发送机和接收机的励磁绕组加上额定电压,转动光栅分度头,使得发送机处于零位位置。选取合适指针安装于游标分度盘零度位置上,并固紧。

转动接收机游标分度盘上指针使其偏转30°±2°和177°±2°,然后松手,测量接收机转子稳定到协调位置(1°以内)的时间并记录,用示波器观察如图6所示,此时间为阻尼时间。

图6 力矩式自整角机实验接线图

3 结 语

本文通过对力矩式自整角机结构、功能的介绍,详细阐述了力矩式自整角机静态误差、阻尼时间、静态整步转矩与失调角关系的测量。通过精密光栅光学分度头带动力矩式自整角发送机,接收机则采用了游标分度盘,对比以往发送机、接收机通过简易的刻度圆盘来测量,测量精度可提高到分级,满足了大部分力矩式自整角机的测试要求。

[1]GJB 788A-99,自整角机通用规范[S].北京:国家机械工业局.1999.

[2]GJB 1939-94,无刷自整角机通用规范[S].北京:中华人民共和国电子工业部.1994.

[3]康连福.力矩式自整角机整步绕组交轴短路阻抗及其实验测试的研究[J].长春理工大学学报,2003,26(1):57-60.