力矩式自整角机实验报告数据

一、力矩式自整角机实验报告数据

在无机械联接的转角信号传递系统或电信号传递系统中，传递角度或信号的电感式角度传感元件。又称自整角机。最早应用的一种微特电机。自整角电机与绕线式感应电机相似，当转子位置改变时，绕组间电磁耦合发生变化，感应出电信号或输出电流，从而产生电磁转矩，以保证传递系统自同步地传递角度或信号。

自整角电机在结构上分为接触式和无接触式。典型的接触式结构主要由定子、转子和集电装置（集电环和电刷）3部分组成。定子铁心由均匀分布槽的冲片叠成，槽内一般嵌有三相对称Y联接的绕组；转子铁心是由凸极式或均匀分布槽的冲片叠成，一般放置单相绕组。无接触式自整角电机有几种形式，一种是采用环形变压器；另一种采用轴向磁路和径向磁路组合而成的ВЭИ式（由原全苏电工研究院发明）。此外还有其他形式。无接触式工作可靠，寿命长，但结构复杂，体积及功耗都大。

自整角电机在军用及民用产品中得到广泛应用，如自动火炮、雷达天线的方位角、俯仰角的控制和指示，飞机、舰船平台控制和指示，船用传令钟，轧钢机轧辊的间隙控制，核反应堆的控制棒指示器及同步摄影等的同步传递系统。

二、自整角机比整步转矩

发电机并入电网分为准同期并列和自同期并列。准同期并列就是在并列操作前，调节发电机励磁，当发电机的电压相位，频率，幅值分别与并列点系统的电压，相位，频率，幅值相接近时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。自同期并列就是先将励磁绕组经过一个电阻闭路，在不加励磁的情况下，当待并发电机频率与系统频率接近时，合上发电机断路器，紧接着加上励磁，利用发电机的自整步作用。就是借助于原动机的转矩和同频转矩相作用，将发电机拉入同步。

一般采用的是准同期并列，因为准同期的优点是发电机没有冲击电流，对电力系统没有什么影响，但必须满足准同期并列的所有条件，否则造成非同期并列，产生很大的冲击电流，比机端三相短路的冲击电流还大一点。 准同期并列应具备的理想条件和实际条件：

1， 发电机电压等于系统电压（允许电压偏差不大于5％）；

2， 发电机频率等于系统频率（允许频率偏差不大于0.1HZ）；

3， 发电机电压相位与系统电压相位相同；

4， 发电机电压相序与系统电压相序一致； 这几个条件是少一不可的，如果少一个会产生非同期并列的严重后果。

如果待并发电机与电网电压相位不相等，会在发电机与电网所组成的回路中产生一个冲击电流，在发电机轴上产生冲击力矩，使设备烧毁,或使发电机大轴扭屈。

三、力矩式自整角机精度与特性的测试方法

根据控制电机在自动控制系统中的作用，可以分为执行元件和测量元件两类：

执行元件：包括直流伺服电机、交流伺服电机、步进电动机和力矩式自整角接收机等。这些控制电机的任务是将电信号转换成轴上的角速度、先速度和角位移，并带动控制对象运动。因向控制对象输出机械功率、所以此类控制电机又称功率元件。

测量元件：包括直流测速发电机、交流测速发电机、控制式自整角机等。这些电机的任务是机械转速、转角和转角差转换成电压信号。一般在自动控制系统中作为敏感元件和校正元件使用。由于它们能够测量机械转速、转角和转角差，所以称为测量元件。因为它们是把机械量转换成电压信号送入自动控制系统中，所以也称为信号元件。

四、力矩式自整角机

主电机都有以下几种● 控制电动机

1无刷直流电动机

无刷直流电机（BLDCM）是在有刷直流电动机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流；无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种是梯形波（一般是“方波”），另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。

无刷直流电机为了减少转动惯量，通常采用“细长”的结构。无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以减少40%—50%左右。由于永磁材料的加工问题，致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。

这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大的应用潜力。

2 步进电动机

所谓步进电动机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构；更通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的；同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。目前，比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机（VR）、永磁式步进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）和单相式步进电动机等。

步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机；所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。由于步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点，所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域；尤其是在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。

除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。

此外，步进电动机也存在许多缺陷；由于步进电机存在空载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于一定速度时就无法启动，并伴有尖锐的啸叫声；不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，细分数越大精度越难控制；并且，步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。

3伺服电动机

伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。

伺服电动机有直流和交流之分；最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。

旋转电机的分类，直流伺服电动机在机械特性上能够很好的满足控制系统的要求，但是由于换向器的存在，存在许多的不足：换向器与电刷之间易产生火花，干扰驱动器工作，不能应用在有可燃气体的场合；电刷和换向器存在摩擦，会产生较大的死区；结构复杂，维护比较困难。

交流伺服电动机本质上是一种两相异步电动机，其控制方法主要有三种：幅值控制、相位控制和幅相控制。

一般地，伺服电动机要求电动机的转速要受所加电压信号的控制；转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化；电动机的反映要快、体积要小、控制功率要小。伺服电动机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。

4力矩电动机

所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。

其中，直流力矩电动机的自感电抗很小，所以响应性很好；其输出力矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关；它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速，所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比，并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。

交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种，目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机，它具有低转速和大力矩的特点。一般地，在纺织工业中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同，但是由于鼠笼型转子的电阻较大，所以其机械特性较软。

5开关磁阻电动机

开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市场潜力。

● 功率电动机

1 直流电动机

直流电动机是出现最早的电动机，大约在19世纪末，其大致可分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机有较好的控制特性直流电动机在结构、价格、维护方面都不如交流电动机，但是由于交流电动机的调速控制问题一直未得到很好的解决方案，而直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。

2 异步电动机

异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一种交流电机。异步电动机一般为系列产品，品种规格繁多，其在所有的电动机中应用最为广泛，需量最大；目前，在电力传动中大约有90%的机械使用交流异步电动机，所以，其用电量约占总电力负荷的一半以上。

异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。并且，异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。

在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机，其中三相异步电动机是异步电动机的主体。而单相异步电动机一般用于三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。

3 同步电动机

所谓同步电动机就是在交流电的驱动下，转子与定子的旋转磁场同步运行的电动机。同步电动机的定子和异步电动机的完全一样；但其转子有“凸极式”和“隐极式”两种。凸极式转子的同步电动机结构简单、制造方便，但是机械强度较低，适用于低速运行场合；隐极式同步电动机制造工艺复杂，但机械强度高，适用于高速运行场合。

同步电动机的工作特性与所有的电动机一样， 同步电动机也具有“可逆行”，即它能按发电机方式运行，也可以按电动机方式运行。

同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件；其中三相同步电动机是其主体。此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。

●信号电机

1 位置信号电机

目前，最有代表性的位置信号电机：旋转变压器、感应同步器和自整角机。

旋转变压器本质上是可以随意改变一次绕组和二次绕组耦合程度的变压器。其结构和绕线式异步电动机相同，定子和转子各有两组相互垂直的分布绕组，转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。当一次绕组励磁以后，二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦、余弦、线性或者其他函数关系，可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算，还可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。

感应同步器是一种高精度的位置或角度检测元件，有圆盘式和直线式两种。圆盘式感应同步器用来测量转角位置；而直线式感应同步器用来测量线位移。

自整角机是一种感应式机电元件，被广泛地应用于随动系统中，作为角度传输、变换和指示的装置。在控制系统中经常两台或者多台联合使用，使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角变化，或者同步旋转。

2 速度信号电机

最有代表性的速度信号电机是测速发电机，其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。从工作原理上讲，它属于“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。

测速发电机有直流和交流之分；而直流测速发电机又有他励和永磁之分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小，作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上限。而交流测速发电机又有同步和异步之分；同步测速发电机包括：永磁式、感应式和脉冲式；异步测速发电机应用最广泛的是杯型转子异步测速发电机。

为了提高测速发电机的精确度和可靠性，目前，直流测速发电机出现了无刷结构的霍尔效应直流测速发电机。因为这种霍尔效应无刷直流测速发电机是一种无齿槽、无绕组的电机，所以它不会产生由于齿槽而存在的“齿槽谐波电势”，这种电机结构简单，便于小型化。

五、自整角机的结构特点

距离感应是不可以进行校准设置的，因为手机不具备这个功能。 可以通过手机指南针来校准屏幕，vivo智能手机通过指南针校准屏幕方法：打开手机自带的指南针-出现屏幕校准界面-将手机屏幕倾斜是的红色圆球沿圆圈滚动-校准后即可使用指南针。 具体操作步骤为：

1、待机桌面找到指南针；

2、进入指南针提示校准屏幕；

3、将手机屏幕倾斜是的红色圆球沿圆圈滚动即可校准成功； 位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。

按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。 模拟式又可分为物性型和结构型两种。

常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。

六、力矩式自整角机和控制式自整角机区别

轴角转换器是一种将旋转运动描述从欧拉角转换为轴角的工具。其原理如下：

欧拉角是一种描述旋转运动的方式，它包括三个角度，分别是绕X轴旋转的角度、绕Y轴旋转的角度和绕Z轴旋转的角度。但是欧拉角存在万向锁问题，即在某些情况下，欧拉角无法准确描述旋转运动。

轴角表示法是一种通过一个轴和一个角度来描述旋转运动的方式。轴角表示法中，轴表示旋转的方向，角度表示旋转的大小。轴角表示法可以避免欧拉角的万向锁问题，同时也更加直观和易于理解。

轴角转换器的原理就是将欧拉角转换为轴角。具体来说，它通过欧拉角计算出旋转矩阵，然后从旋转矩阵中提取出旋转轴和旋转角度，从而得到轴角表示法。轴角转换器的实现可以通过多种方法，例如使用三维向量的叉积运算和三角函数运算等。

总之，轴角转换器是一种将欧拉角转换为轴角的工具，它可以避免欧拉角的万向锁问题，同时也更加直观和易于理解。

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