自动控制元件

绪　论…………………………………………………………………………………… 1

第1章　磁路基本知识………………………………………………………………… 4

1．1　磁场的基本物理量………………………………………………………… 4

1．2　磁性材料的特性…………………………………………………………… 6

1．3　磁路及其基本定律………………………………………………………… 9

1．3．1　磁路基本定律………………………………………………………… 9

1．3．2　磁路的计算………………………………………………………… 10

小　结…………………………………………………………………………… 12

思考题与习题…………………………………………………………………… 12

第2章　直流磁系统及其应用……………………………………………………… 13

2．1　直流电磁铁………………………………………………………………… 13

2．1．1　概　述………………………………………………………………… 13

2．1．2　分类和工作原理……………………………………………………… 13

2．2　极化继电器的结构与原理………………………………………………… 17

2．2．1　电磁式继电器………………………………………………………… 17

2．2．2　极化继电器的工作原理……………………………………………… 17

2．2．3　极化继电器的结构…………………………………………………… 18

2．3　极化继电器的分析方法…………………………………………………… 21

2．3．1　差动式磁系统………………………………………………………… 21

2．3．2　桥式磁系统…………………………………………………………… 22

2．3．3　一组工作气隙的衔铁工作吸力……………………………………… 24

2．4　接触器……………………………………………………………………… 26

小　结…………………………………………………………………………… 28

思考题与习题…………………………………………………………………… 28

第3章　直流测速发电机…………………………………………………………… 29

3．1　概　述……………………………………………………………………… 29

3．2　直流发电机的工作原理和主要结构……………………………………… 29

3．2．1　直流发电机的工作原理……………………………………………… 29

3．2．2　直流电机的主要结构………………………………………………… 31

3．2．3　直流电机的电枢感应电动势………………………………………… 33

3．3　直流测速发电机…………………………………………………………… 34

3．3．1　直流测速发电机的类型……………………………………………… 34

3．3．2　输出特性……………………………………………………………… 35

3．3．3　直流测速发电机的误差及减小误差的方法………………………… 36

3．4　直流测速发电机的应用…………………………………………………… 39

3．4．1　直流测速发电机的性能标准………………………………………… 39

3．4．2　直流测速发电机的选择与接线……………………………………… 40

3．4．3　直流测速发电机的应用举例………………………………………… 40

3．4．4　直流测速发电机的发展趋势………………………………………… 42

小　结…………………………………………………………………………… 42

思考题与习题…………………………………………………………………… 43

第4章　直流伺服电动机…………………………………………………………… 44

4．1　概　述……………………………………………………………………… 44

4．2　直流电动机的基本原理…………………………………………………… 44

4．2．1　直流电动机的基本工作原理………………………………………… 44

4．2．2　电磁转矩和电枢电动势……………………………………………… 45

4．2．3　直流电动机的基本关系式…………………………………………… 46

4．2．4　直流电动机的使用…………………………………………………… 47

4．3　直流伺服电动机的控制及运行特性……………………………………… 50

4．3．1　结构和分类…………………………………………………………… 50

4．3．2　控制方法……………………………………………………………… 50

4．3．3　静态特性……………………………………………………………… 51

4．3．4　动态特性……………………………………………………………… 54

4．4　直流力矩电动机…………………………………………………………… 57

4．4．1　结构特点……………………………………………………………… 57

4．4．2　直流力矩电动机转矩大、转速低的原因…………………………… 58

4．4．3　直流力矩电动机性能特点…………………………………………… 59

4．5　低惯量直流伺服电动机…………………………………………………… 60

4．5．1　空心杯形电枢直流伺服电动机……………………………………… 60

4．5．2　盘式电枢直流伺服电动机…………………………………………… 61

4．5．3　无槽直流伺服电动机………………………………………………… 62

4．6　直流伺服电动机的应用…………………………………………………… 63

小　结…………………………………………………………………………… 64

思考题与习题…………………………………………………………………… 65

第5章　旋转变压器………………………………………………………………… 66

5．1　概　述……………………………………………………………………… 66

5．2　变压器的工作原理………………………………………………………… 66

5．2．1　变压器的结构………………………………………………………… 66

5．2．2　变压器的运行………………………………………………………… 67

5．2．3　变压器的额定值……………………………………………………… 73

5．3　正余弦旋转变压器………………………………………………………… 73

5．3．1　正余弦旋转变压器的结构特点……………………………………… 73

5．3．2　正余弦旋转变压器的工作原理……………………………………… 75

5．3．3　输出特性的补偿……………………………………………………… 79

5．4　线性旋转变压器…………………………………………………………… 81

5．5　旋转变压器的应用………………………………………………………… 83

5．5．1　旋转变压器的误差指标……………………………………………… 83

5．5．2　比例旋转变压器……………………………………………………… 83

5．5．3　旋转变压器作为解算元件…………………………………………… 84

5．5．4　数字化角度测量……………………………………………………… 85

小　结…………………………………………………………………………… 91

思考题与习题…………………………………………………………………… 92

第6章　自整角机…………………………………………………………………… 93

6．1　概　述……………………………………………………………………… 93

6．2　自整角机的结构…………………………………………………………… 93

6．3　控制式自整角机的工作原理……………………………………………… 95

6．3．1　控制式自整角机的工作原理………………………………………… 95

6．3．2　控制式自整角机的比电压………………………………………… 100

6．4　力矩式自整角机的工作原理…………………………………………… 101

6．4．1　力矩式自整角机的工作原理……………………………………… 101

6．4．2　力矩式自整角机的失调角和协调位置…………………………… 104

6．5　差动式自整角机………………………………………………………… 104

6．5．1　差动式自整角机的结构…………………………………………… 104

6．5．2　差动式自整角机的运行原理……………………………………… 105

6．6　自整角机的技术指标及使用…………………………………………… 107

6．6．1　自整角机的技术指标……………………………………………… 107

6．6．2　自整角机的使用要求……………………………………………… 108

6．7　自整角机的典型应用…………………………………………………… 109

6．7．1　作为位置指示器…………………………………………………… 109

6．7．2　舰艇上火炮的自动瞄准…………………………………………… 110

6．7．3　数字化测角………………………………………………………… 110

6．8　粗精组合技术…………………………………………………………… 117

小　结…………………………………………………………………………… 120

思考题与习题…………………………………………………………………… 120

第7章　两相交流电机……………………………………………………………… 124

7．1　两相交流伺服电动机的结构和工作原理……………………………… 124

7．1．1　概　述……………………………………………………………… 124

7．1．2　交流伺服电动机的结构特点……………………………………… 125

7．1．3　交流伺服电动机的工作原理……………………………………… 126

7．2　两相绕组的旋转磁场…………………………………………………… 128

7．2．1　圆形旋转磁场的产生……………………………………………… 128

7．2．2　旋转磁场的转向和转速…………………………………………… 130

7．3　圆形旋转磁场作用下的运行分析……………………………………… 132

7．3．1　转速和转差率……………………………………………………… 132

7．3．2　磁动势平衡方程…………………………………………………… 133

7．3．3　电压平衡方程……………………………………………………… 133

7．3．4　产生圆形旋转磁场时的定子绕组电压…………………………… 135

7．3．5　交流伺服电动机的电磁功率和电磁转矩………………………… 137

7．3．6　交流伺服电动机的机械特性……………………………………… 138

7．4　椭圆形旋转磁场作用下的运行分析…………………………………… 139

7．4．1　椭圆型旋转磁场的形成…………………………………………… 140

7．4．2　椭圆形旋转磁场的分解…………………………………………… 141

7．4．3　椭圆形旋转磁场作用下的机械特性……………………………… 142

7．5　两相电动机的控制方法及特性………………………………………… 144

7．5．1　幅值控制…………………………………………………………… 144

7．5．2　相位控制…………………………………………………………… 147

7．5．3　幅相控制…………………………………………………………… 147

7．6　交、直流伺服电动机的性能比较………………………………………… 150

7．7　两相伺服电动机的应用………………………………………………… 152

7．7．1　主要性能指标……………………………………………………… 152

7．7．2　交流伺服电动机的应用…………………………………………… 154

7．7．3　数字化交流伺服系统……………………………………………… 154

7．8　交流异步测速发电机…………………………………………………… 156

7．8．1　基本结构与工作原理……………………………………………… 157

7．8．2　主要误差分析……………………………………………………… 158

小　结…………………………………………………………………………… 162

思考题与习题…………………………………………………………………… 163

第8章　微型同步电动机…………………………………………………………… 165

8．1　概　论…………………………………………………………………… 165

8．2　永磁式同步电动机……………………………………………………… 165

8．3　反应式同步电动机……………………………………………………… 167

8．3．1　反应式同步电动机结构特点……………………………………… 167

8．3．2　反应式同步电动机的工作原理…………………………………… 168

8．4　磁滞式同步电动机……………………………………………………… 169

8．5　微型同步电动机的特点与应用………………………………………… 172

小　结…………………………………………………………………………… 173

思考题与习题…………………………………………………………………… 173

第9章　无刷直流电动机…………………………………………………………… 174

9．1　无刷直流电动机的基本组成及工作原理……………………………… 174

9．1．1　基本组成…………………………………………………………… 174

9．1．2　工作原理…………………………………………………………… 179

9．2　无刷直流电机的运行特性……………………………………………… 182

9．2．1　基本方程…………………………………………………………… 182

9．2．2　工作特性…………………………………………………………… 184

9．3　无刷直流电动机的电枢反应…………………………………………… 185

9．4　无刷直流电机的正反转………………………………………………… 186

9．5　基于DSP的无刷直流电动机控制系统…………………………………… 189

9．6　无刷直流电动机的应用………………………………………………… 191

小　结…………………………………………………………………………… 192

思考题与习题…………………………………………………………………… 192

第10章　步进电动机……………………………………………………………… 193

10．1　概　述…………………………………………………………………… 193

10．2　反应式步进电动机的结构及工作原理………………………………… 194

10．2．1　反应式步进电动机的结构………………………………………… 194

10．2．2　反应式步进电动机的工作原理…………………………………… 194

10．2．3　反应式步进电动机的步距角……………………………………… 196

10．3　反应式步进电动机的静态特性………………………………………… 199

10．4　反应式步进电动机的动态特性………………………………………… 201

10．4．1　单步运行状态……………………………………………………… 201

10．4．2　步进电动机的连续运行状态……………………………………… 204

10．5　步进电动机的驱动电源………………………………………………… 207

10．6　步进电动机的单片机控制……………………………………………… 209

10．7　步进电动机的应用……………………………………………………… 212

10．7．1　步进电动机的主要技术数据……………………………………… 212

10．7．2　使用步进电动机应注意的几个问题……………………………… 213

10．7．3　步进电动机的应用………………………………………………… 214

10．8　开关磁阻电动机………………………………………………………… 214

10．8．1　开关磁阻电动机的工作原理……………………………………… 214

10．8．2　开关磁阻电动机的电感特性和基本方程式……………………… 215

小　结…………………………………………………………………………… 217

思考题与习题…………………………………………………………………… 218

第11章　直线电动机……………………………………………………………… 219

11．1　概　述…………………………………………………………………… 219

11．2　直线感应电动机………………………………………………………… 220

11．2．1　直线感应电动机的基本结构……………………………………… 220

11．2．2　直线感应电动机的基本工作原理………………………………… 222

11．3　直线直流电动机………………………………………………………… 223

11．3．1　永磁式直线直流电动机…………………………………………… 223

11．3．2　电磁式直线直流电动机…………………………………………… 224

11．4　直线同步电动机………………………………………………………… 224

11．5　直线步进电动机………………………………………………………… 225

11．6　直线电动机应用举例…………………………………………………… 227

小　结…………………………………………………………………………… 229

思考题与习题…………………………………………………………………… 230

第12章　传感器…………………………………………………………………… 231

12．1　传感器概论……………………………………………………………… 231

12．1．1　传感器定义………………………………………………………… 231

12．1．2　传感器的分类……………………………………………………… 231

12．1．3　传感器技术的现状与发展………………………………………… 232

12．2　霍耳传感器……………………………………………………………… 233

6 自动控制元件(第二版)

小　结…………………………………………………………………………… 261

思考题与习题…………………………………………………………………… 262

参考文献……………………………………………………………………………… 263

本书在第一版教材的基础上修订而成，主要阐述了自动控制系统中常用的控制元件的结构特点、工作原理、工作特性以及典型应用等内容，包括直流电磁铁、直流伺服电动机、直流测速发电机、旋转变压器、自整角机、交流伺服电动机、交流测速发电机、同步电动机、无刷直流电动机、步进电动机、直线电动机以及常用传感器等。
　　本书可作为电气工程、自动化、控制工程等专业的本科教材，也可作为其他相关专业的教学用书或参考用书。