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最完整的伺服培训教程(图文并茂)


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4

? ? ? ? ?

7

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


8

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理




9

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10

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11

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


定子结构
12

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


转子结构
13

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


换向装置
14

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


15

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16

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17

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


18

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理




磁路饱和、 磁路饱和、换向困难 必

影响不大, 影响不大,但是降低电机的工作效率。 但是降低电机的工作效率。
19

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


20

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理







21

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第一节 第一节 直流伺服电机工作原理 直流伺服电机工作原理


22

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第二节 第二节 直流 直流伺服电机的结构 伺服电机的结构 直流伺服电机的结构

度 度就恒 必 度就必





23

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第二节 第二节 直流 直流伺服电机的结构 伺服电机的结构 直流伺服电机的结构

24

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第二节 第二节 直流 直流伺服电机的结构 伺服电机的结构 直流伺服电机的结构

25

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第二节 第二节 直流 直流伺服电机的结构 伺服电机的结构 直流伺服电机的结构

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第二节 第二节 直流 直流伺服电机的结构 伺服电机的结构 直流伺服电机的结构

27

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性

T

em

=C φ I = K I
t a t

a

E =C
a

e

φn

=K
+J

e

ω

T

em

=T
28

0

+T

L

dω dt

=T

0

+T

L

+

G

D
375

2

dn dt

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
:

U

a

=L

di
a

a

dt

+i R + E
a a

a

:

U

a

=I

a

R +E
a

a

:

T

em

=T

0

+T

L

29

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
1 ( 1 Ua n=f (Tem )
转速与转矩的关系

: ) :
n =

U C
t

a

φ

?

T R C C φ
em a e t

2

30

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
1 2. Tem n=f (Ua ) :

转速与控制量( 转速与控制量(如电 压)的关系

31

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
1 :

32

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
2

Tem (t ) = CtφI a (t ) 60 Ea (t ) = Ceφω (t ) 2π dω (t ) + Tc (t ) Tem (t ) = J dt dI a (t ) U a (t ) = La + Ra I a (t ) + Ea (t ) dt
33

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
2

1 ω ( s ) = (Tem ( s) ? Tc ( s)) Js Tem ( s) = CtφI a ( s ) 1 I a (s) = (U a ( s ) ? Ea ( s )) La s + Ra 60 Ea ( s ) = Ceφω ( s ) 2π
34

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
2

Te ( s ) U a (s) I a (s) Tem ( s ) 1 Ct φ Ra + La s Ea ( s )
60Ceφ 2π

-

?T ( s )

-

1 Js

ω (s)

35

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
2
Te=0

=

2π (60Ceφ ) 1 Ke = = 2 U ( s ) τ mτ e s + τ m s + 1 τ mτ e s 2 + τ m s + 1

ω ( s)
τm

2πRa J 2π Jn0 2π τm = = = Jtgβ 2 60CeCtφ 60 Ts 60
,

τe
36

τ e = La Ra

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
2

τ m > 10τ e ω ( s)

2π (60Ceφ ) 1 Ke = = U ( s ) (τ m s + 1)(τ e s + 1) (τ m s + 1)(τ e s + 1)
1 τ
e

τe

2π (60Ceφ ) 1 K e = = U ( s) τ ms +1 τ ms +1 2π (60Ceφ ) 1 Ke = = U ( s) s (τ m s + 1) s (τ m s + 1)
37

ω ( s)

θ (s)

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第三节 第三节 直流 直流伺服电机的特性 伺服电机的特性 直流伺服电机的特性
2

τ


m

瞬L


瞬槽瞬 瞬槽 瞬驱增瞬L ——

置路 槽置路增置隙 置隙 ——
恒 高就能
38

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第四节 第四节 直流 直流伺服电机控制 伺服电机控制 直流伺服电机控制

39

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第四节 第四节 直流 直流伺服电机控制 伺服电机控制 直流伺服电机控制

40

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第四节 第四节 直流 直流伺服电机控制 伺服电机控制 直流伺服电机控制

系W空
41

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第四节 第四节 直流 直流伺服电机控制 伺服电机控制 直流伺服电机控制

系W空
42

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第四节 第四节 直流 直流伺服电机控制 伺服电机控制 直流伺服电机控制

速度调节器 速度调节器

电流调节器 电流调节器

功率放大器 功率放大器

M T

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:

2

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:


3

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:

4

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Uf f If

90
~ c

SM
Uc Ic

3 5

1

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1 1

6

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1 1

7

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1 1

8

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总 总

9

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总 总





而驱增 廉 始

10

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T

总 总
T+

s+=s 2 0 s-=2-s 1 1 0 2

T-

11

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总 总
(恒噪

(慢噪


始 始 12 果

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总 总
(慢噪 没

而驱增 廉

13

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总 总

14

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3 3 Uc , ,

15

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3 3
U=Uf


Wf 90°



Uf
Uc Wc

Uc(

)

16

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3 3


那 那高

暴0° ° 暴0 . & =U 始 U cN f α 那管 始 α

& U c

U c αU cn Uc U = = =α = U cn U cn Uf
* c

17

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3 3
廉 α 廉
& & U U f c 暴0

暴0

α概

α

α 18

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3 3


19

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3 3
心 果

& U c
& U f

& U f

& U c

始 而隙高β
α=

β

U

C

sin β
f

U

= sin β

20

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3 3
U





Uf

f

~ Uc n Wc

21

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3 3
心 果 α 暴0°

& U c

& U f 暴0°

α概 始 α 22

s隙高β概 α

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3 3


23

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3 3
恒 — 点
& U c
& U f

I =I
1
?

?

?

0
?

? I 始 的f
' 2
f

?

的’心

U

cph

=?

jI

x

cph

U f = U ?U
r

?

?

?

cph

& U f

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3 3
恒 α —
& U c
& U f

暴0

暴0 α概

α

α 25

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3 3


26

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4 4
:
G ( s) =

ω ( s)
U ( s)

=



K
m

+1) ×

K ≈ = τ ms +1

τ


?ω ?J s +1 ?T
×

?ω ?U



e

+1)
磁 磁 τ τ驱 驱

m

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4 4

机械特性

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4 4

控制特性

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控 控


30

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控 控
(心噪

钢板厚度 测量装置 示意图

31

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控 控
(恒噪

倒数计算装置

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控 控
(慢噪

机床的数字控 制系统

33

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6 6 廉 始



暴0势
34

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6 6 心

35

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6 6 心

系的热

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38

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n度 n度
39

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T = K sin θ

磁—

θ
40

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T = K sin 2θ

43

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46

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θ θ

47

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1 2 3

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第三章 步进电动机及其控制

?

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3.1 概述



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3.2 磁阻式步进电动机的工作原理

—— 夹



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2 p = 2m ? p = m

360° θt = Zr

1/ m

zr 1 = K ± ? zr = 2 pK ± 2 2p m

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2.多段式 多段式又称为轴向分相式。按其磁路的特 点不同,又可分为轴向磁路多段式和径向磁 路多段式两种。多段式结构复杂,转子可细 长,减小惯量。

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应容



心容

zr = 2 pK ± 2, p = m = 3, K = 1, ?2 ? zr = 4
θ t = 360o / zr = 90o θ t / m = 30o
A1 → B 2 → C 3 → A2

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A1 → C 2 → B3 → A4

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3.拍数与步矩角 各绕组通电的不同状态数称为拍数,记为N。如上述 电机,拍数为3 。在通、断电的一个周期内,通电 状态改变的次数也就是拍数,改变一次通电状态也 称为1 拍。 改变一次通电状态,转子转过角位移称为步距角, 即每一拍(步)所转过的角度,记为θ b 。 每个通电周期共N拍,走N步,转过一个齿距 角θ t ,故有 θ = θt = 360
b

N

Zr N

上述电机 步矩角太大,应增加转子齿数。

360o θb = = 30o 4×3

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4.有小齿的四相磁阻式步进电动机 m = p = 4, 2 p = 8 定子8极4相绕组。 zr = 2 pK + 2, K = 6, zr = 50,θ t = 360o / 50 = 7.2o 极距包含的齿数 正转 反转 4 → θt 1拍 θ t / 4 = 1.8o 一周期转一个齿距角 4相单4拍,单:一个绕组通电。 瞬间转矩为零。
zr' = 50 1 =6 8 4

ERROR: limitcheck OFFENDING COMMAND: string STACK: 66038 33018 32512 33019

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第四章 直线电动机

度旋想0

著长金atsto高金

度控0

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1840~1955年为探索实验时期:
度旋想0 度显拉拉 度度控

著长金atso高金 度旋显0

德0

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1840~1955年为探索实验时期:
度显0拉

度显度摩

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1840~1955年为探索实验时期:
度显惊0~度显想0

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1840~1955年为探索实验时期:
度显想0 度显拉拉 度显想拉 想家度s 度控拉验 摩想00题著 想拉惊拉题钾 度旋旋题验屡长

度显拉想 度控00题验屡长

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1840~1955年为探索实验时期:
度旋想0 度显拉拉

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1956~1970年为开发应用时期:
度显拉拉

度显控拉

立疑煤

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1971年至今为实用商品时期:
度显摩度

拉00题验屡长

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目前直线电机被广泛应用于各个领 域:
度家

德度 拉00题验屡长

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德家

度显显拉

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第四章 直线电动机
7.1 直线直流电动机 7.1.1 工作原理

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7.1.2直线直流电动机静、动态特性 度家
F = BlI = K t I F = Fc K e = K t = Bl Ra Ra U U ? v= ? 2 2 Fc = ? 2 2F Bl B l Bl B l E = Blv = K e v U = IRa + E = IRa + Blv

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德家
E = Blv ? ? di u = Ra i + La +E ? ? dt ? dv f =m + ?v + Fc ? ? dt Fc = 0 ? 设 ? = 0, ? f = Bli ,

?

mLa d 2 v mRa d v u= + + Blv 2 Bl d t Bl d t

1 V ( s) Kv Bl = = 2 mL mR τ τ U (s) s +τ ms +1 2 a a m e s s + + 1 B 2l 2 B 2l 2 V ( s) Kv = U ( s) τ m s + 1

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7.2 直线感应电动机 7.2.1 工作原理

2 vs = 2 f = T vs ? v s= vs v = 2 π f (1 ? s )

ERROR: limitcheck OFFENDING COMMAND: string STACK: 66038 33018 32512 33019

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TG

TG

TG

TG

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5.1

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善馈 善心 善情 善感

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5.2

d Ia Ea = Ra I a + La +Ua dt

Ea = Ra I a + U a

U a = RL I a
脉度

Ea = CeΦ n = K eω

T1 = T0 + Tem

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I a = 0, d I a /d t = 0

U a = Ea = Ce Φn = K eω

T1 = T0

Tem = 0
CeΦ Ra 1+ RL

d I a /d t = 0 CeΦ Ke Ua = n= ω = KLn R R 1+ a 1+ a RL RL

KL =

KL

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Ke K = Ra 1+ RL
' L

' U a ( s) KL G(s) = = ? ( s) Ts + 1

La T= Ra + RL

馈尼脉

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5.3

置身

置种

度宽 心宽~

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k =
' L

CeΦ0 Ra 1+ RL

ks =
kL n ?
'

kk

Φ0
kL
'

' i L

U a0

CeΦ0 = n = kL 'n U a0 ? U a Ra ? U = = a 1+ U a0 RL

1 + ks
'

n RL

kL n

=

1 R 1+ L ks n

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?U b

' U ' Ua = Ea ? I a Ra ? ?U b = CeΦ n ? a Ra ? ?U b RL

' ?U a = U a ? U a =

KL 1 ?U b = ?U b Ra CeΦ 1+ RL

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U max ? U min k= × 100% U max + U min

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U 0 (s) = U 1 ( s)

1 Cs R+ 1 Cs

=

1 RCs + 1

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5.4

Um

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5.2

是嵌° 是嵌°

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W1

× × × × × ×

Φ1

W1
Er

f

Er = C2 nΦ1

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Er

Er
f

Φ2
I2

I2

f f

E 2 = C3Φ2 = C4 n

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度 心 情 感

度 心 情

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5.3



m1

Tg
s

m1



m1 n = 60 鼠尼m隙高 PTg

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fc


m2

T = m2 / f c 善s噪 脉
鼠尼m隙高

度尼系

fc n = 60 m2 P

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情宽~空尼脉
Tg Tg



脉 脉

m1

m2

m1 m2
m2 T= fc



60m1 60 f c m1 n= = PT Pm2

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9.1 9.1.1

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9.1.2
如~

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9.1.3
R1 R3 R2 R4
S1 S 3

感00略z
S1 S 3

担0略z~

θ
Φ = Φm cos θ

Φ 状
E = Em cos θ

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R1 R3

S1 S 3

θ

E R13 = E R cosθ = ku f cosθ
E R 24 = E R cos(90 ο ? θ ) = E R sin θ = ku f sin θ

R1 R3

R2 R4

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感担° 感担°

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θ = 45

o

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FR13q
' R

E RWR sin θ cos θ = Z L + Z13 ?

E R 24 E R sin θ I = ' = ' Z L + Z 24 Z L + Z 24 FR 24 q
' R

E RWR sin θ cos θ = I WR cosθ = ' ZL + Z 24

' FR13q = FR 24 q ? Z L + Z13 = Z L + Z 24 ' Z13 = Z 24 ? Z L = ZL

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FR13d

ERWR cos 2 θ ERWR ' = , FR 24 d = I RWR sin θ = ' sin 2 θ Z L + Z13 Z L + Z 24 ERWR EW (cos 2 θ + sin 2 θ ) ? FRd = R R Z L + Z13 Z L + Z13

FRd = FR13d + FR 24 d =

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S2S4

ZS
Zf
Zs = Z f

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θ

U s = U m sin θ
U c = U m cos θ

Um

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9.1.4
sin θ ≈ θ

± 4.5 ο

0密度势 ± 14 ο

度势

K sin θ U0 = Uf 1 + K cos θ
K = W R / WS

磁~ 0密担措 0密担摩
措0° 措0° 0密度势

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9.1.5
度密 如

必密



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θ2
S1' S 3'
' R'2 R4

θ1

θ1

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9.2
度密 必密

总措0° 总措0°属p
U s ( p ) = U m ( p ) sin pθ

U c ( p ) = U m ( p ) cos pθ

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总密 0° 总措0° 总措0°

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9.3

0密必担mm

度 必0题略z

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度密 度μm 度 必密 总密 感密 总00mm

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9.3.1

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度0mm

s

邻~

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9.3.2
τ
种 模~必τ
邻 s 总种 属~感~

τ
种 种

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Es = Em sin 2π π x = Em sin x L τ

s
2π π x = Em cos x L τ

Ec = Em cos

显0° 显0°
u = 2U sin ω t = U m sin ω t
2π es = 2 Em sin x cos ω t L

2π ec = 2 Em cos x cos ω t L

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τ
齿路量
p = N / 2 = 2π/L
L = 2τ

齿路量

p

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显0° 显0°
u = 2U sin ωt

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θe
θe =
2π π x= x L τ

rad rad

u = 2U sin ωt

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s

邻~ 必~

节~

E 2 s = kU sin θ e = E sin θ e

E 2c = kU cosθ e = E cosθ e

显0° 显0° 显0° 显0°

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9.3.3
l 必 总

—— ——

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度 s 显0° 显0° 邻~

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u = ?U m cos ωt

es

显0° 显0°

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θ1

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u = U m sin ωt

s



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9.3.4

e2 = kU m sin(ωt + θ e )

e20 = kU m sin ωt

θe

?t = t2 ? t1
?t = t4 ? t3

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u B = kU m sin ω (t + θ e / ω )

uB

?t = θ e / ω

?t = Ntn

θ e = ω Ntn

uA

θe /ω

tn



必密 总~密

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9.3.5
us = U m cos θ1 sin ω t

uc = ?U m sin θ1 sin ω t

θ1

θ1

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θ1

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9.4

析.4.式与

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力矩式自整角机的三种结构:

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力矩式自整角机整步绕组中的电动势与电流 θ1 θ2 θ

θ = θ 1- θ 2
每相整步绕组中的感应电动势: 每相整步绕组中的感应电动势: 发送机: 发送机: 接收机: 接收机:

E1a = E cos θ1 E1b = E cos(θ1 ? 120°) E1c = E cos(θ1 + 120°)

E2 a = E cos θ 2 E2b = E cos(θ 2 ? 120°) E2c = E cos(θ 2 + 120°)

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各相绕组中的总电动势:

Ea = E2 a ? E1a = 2 E sin Eb = 2 E sin(

θ1 + θ 2
2

sin

θ
2

θ1 + θ 2

2 2 θ1 + θ 2 θ Ec = 2 E sin( + 120°) sin 2 2

? 120°) sin

θ

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各相绕组中的电流:

Ea θ1 + θ 2 θ Ia = = I sin sin 2Z a 2 2 I b = I sin(

θ1 + θ 2

2 2 θ1 + θ 2 θ I c = I sin( + 120°) sin 2 2

? 120°) sin

θ

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2

力矩式自整角机整步绕组的磁动势: 力矩式自整角机整步绕组的磁动势:

2 INk w1 θ1 + θ 2 θ θ1 + θ 2 θ sin sin = F sin sin F1a = p 2 2 2 2 π 2 θ1 + θ 2 θ F1b = F sin( ? 120°) sin 2 2 θ1 + θ 2 θ + 120°) sin F1c = F sin( 2 2 4

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3 Fq = Fqa + Fqb + Fqc = ? F sin θ 4


3 Fd = Fda + Fdb + Fdc = ? F (1 ? cos θ ) 4


3 F1 = Fq2 + Fd2 = ? F sin θ 2

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同理可求得接收机的整步磁动势为:
3 F2 = F sin θ 2

3

力矩式自整角机的转矩: 力矩式自整角机的转矩:

T = k1 Fq Φ d cos ?
式中:k1为转矩系数,φ

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二、控制式自整角机的结构与工作原理 控制式自整角机与力矩式自整角机的结构基本相同。

图为控制式自 整角机的 工作原理图

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析.4.2与

力矩式自整角机的误差: 力矩式自整角机的误差: 主要有零位误差和静态误差。 主要有零位误差和静态误差。

控制式自整角机的误差: 控制式自整角机的误差: 主要有电气误差和零位电压误差。 主要有电气误差和零位电压误差。

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7.1

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7.1.1

L

K ± 1/ 4

90°

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B

种 源 B

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始 度



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——




暗0° 暗0°

B

Z



B
暗0° 暗0°

Z

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Z



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度 必 度层必 度层感 度层旋 感 旋

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感 0° 暗0° 度旋0° 必提0° 感 感

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提密度密心

“度 ”

“0”

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?θ = 360 ο / 2 N

度暗

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“度”





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7.1.3

“ “ ”







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7.2
提密心密度

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提密心密心

a

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W

a W = sin θ

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W
W = a sin θ

W =

a

θ

θ
W

W a

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提密心密情

-

a N x

x = Na

W属4


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