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控制电机发展综述

发表时间:2019-02-18 14:42

控制电机发展综述


控制电机是现代工业自动化系统、现代科学技术和现代军事装备中必不可少的重要元件,其应用范围非常广泛, 按照其特性可分为两类: 信号元件类和功能元件, 通常称为信号电机( 也称角位传感电机) 和力能电机。凡是将运动物体的速度或位置转换成电信号的都是信号电机, 凡是将电信号转换为电功率或将电能转换为机械能的都是力能电机。信号电机包括自整角机、旋转变压器、电感移相器、感应同步器、轴角编码器、测速发电机等。信号电机历史较短, 但发展迅速, 品种繁多, 本文主要介绍自整角机、旋转变压器、电感移相器、测速发电机的应用发展概况。


历史概况

在信号电机甚至是控制电机的发展史上, 在同步传输系统中使用的自整角机可称得上控制电机的“ 祖师爷’ , , 早在19 世纪80 年代, 俄国及其它国家的许多学者创造出许多军事用同步联络系统, 并把自整角机用于这些系统中, 随着科学技术的进步和自动控制技术发展的需要, 出现了旋转变压器、电感移相器、测速发电机等控制电机,20 世纪50 年代相继形成系列, 20 世纪60 一70 年代得到迅速发展。西方各国在二次世界大战结束到19 6 年期间, 针对二次世界大战中武器装备系统及机电元件在实践中所获得的经验和教训, 进行了大量的分析和研究, 在设计、工艺、选材、试验等方面取得了突破性进展, 这期间的研究文章极为丰富,到196 6 年基本完成了以信号电机为主的微特电机的定型、系列化, 从第一次批准美军标m LI

一S一8 1% 3 原始版本前, 西方早已形成了统一的机座号, 特别是北大西洋组织的军用微特电机都采用同一标准。美、英、法等国19 6 年的样本数据和国家军用标准同90 年代收集到的基本相同, 工作寿命也没有变化, 主要是使用环境条件的不断严酷, 试验方法和试验设备更加先进和完善。在我国, 解放前信号电机等控制电机工业一片空白, 建国后随着国防建设、军事装备配套发展和工业建设急速发展的需要, 从20 世纪50 年代初期开始单个产品仿制, 随后建立了微电机研究单位和专业生产厂, 逐步形成了我国微电机工业体系, 自整角机、旋转变压器、电感移相器、测速发电机等信号电机伴随着微电机工业的发展不断壮大, 大体经历了仿制、自行设计、充实提高上水平、稳步发展四个阶段。


(l )仿制创业阶段( 1 954 一1 965 ) : 自整角机是我国研制生产最早的一类微电机,19 51年中南电工厂( 湘潭电机厂) 首先生产三相自整角机, 随后19 54 年上海福光电机厂( 上海微型电机厂) 为雷达系统配套生产三种仿美自整角机, 从20 世纪50 年代中期开始, 我国政府引进前苏联的技术资料和样机, 经消化吸收, 从20 世纪50 年代末期开始仿制自整角机、旋转变压器、直流测速发电机, 19 63 年开始试制交流测速发电机, 到20 世纪60 年代中期基本仿制成功并小批生产自整角机、旋转变压器、测速发电机等系列产品。


(2)自行设计新系列阶段 (1966-1978  ) (20 世纪 60 年代初期 , 苏联单方面终止了对我国的技术援助, 我们在仿制阶段基本掌握的信号电机设计制造的一些关键技术的基础上, 从1 9 “年开始, 打破仿苏模式的束缚, 选择更先进的发展目标, 以美国m LI 标准为指导, 结合我国实际, 发展具有体积小、精度高、适应恶劣环境要求的新一代微电机产品。编制了控制微电机设计手册( 自整角机、旋转变压器分册), 制定了国家内部标准, 自行设计开发了( KF、K B、K C F、L F、L J、L C F ) 系列自整角机、( x z、X B、X X ) 系列旋转变压器、多极和双通道旋转变压器系列、Y G 系列电感移相器、C K 系列交流测速发电机

、( Z C F、C Y、C Y D、Z Y S、C Y B ) 系列直流测速发电机。

 ( 3 ) 充实提高上水平阶段( 1 9 79 一19 89) : 这一阶段, 我们先后引进一批国外先进生产设备和检测仪器、仪表, 进行提高电机精度和可靠性、降低电机剩余电压、高精度测试装置

等课题研究, 产品质量向国际先进标准靠拢, 自整角机、旋转变压器、电感移相器、测速发电机成果喜人, 产品技术水平和国外20 世纪80 年代同类产品相当。


( 4 ) 不断发展阶段( 1 9 9 0 年以后) : 现代化新型武器装备以及现代自动化技术的飞速发展, 要求与其配套的检测元件体积小、重量轻、精度高、可靠性高、工作寿命长并能承受恶劣环境, 因此信号电机品种不断扩大, 高精度、高可靠性的无刷自、旋、移、测信号电机,多极和双通道自、旋、移, 磁阻式自、旋、移类等特殊原理及特殊要求的信号电机市场日益

扩大, 信号电机向工业自动控制领域的拓宽, 更加促进了其市场容量的扩大。


2 技术发展现状

传统的自整角机、旋转变压器、电感移相器、测速发电机信号电机作为我国最早发展起来的控制微电机, 设计技术已趋成熟, 产品性能指标和国际水平相当, 但制造工艺技术、测试技术与国际水平有较大差距, 新原理、新应用的信号电机水平也落后于国际先进水平。“ 八五” 、“ 九五” 期间国家投入大量资金进行工艺攻关、设备更新、测试技术研究, 取得了显著成绩, 但还有一些问题存在, 主要表现在以下几个方面:

(1 ) 信号电机属于精密型控制电机, 在系统中起关键作用, 技术含量高, 要求较多的精密加工设备和检测设备, 更要求各类技术人才来完成信号电机制造、测试的全过程, 但品种多、数量少, 据统计仅占微电机总产量的3 ~ 4%, 因此致力于信号电机研究、生产的企业越来越少;

( 2 ) 近一段时期以来, 由于体制的原因, 国有企业面临困难, 技术力量严重不足且流失严重, 专业技术工人出现断层, 严重影响了信号电机的发展;

( 3) 近几年来, 随着国家一批武器装备工程的定型及其定型后批生产的配套, 应用领域的扩大, 信号电机产量不断提高, 供货周期加快, 导致生产周期加快, 信号电机作为劳动密集型产业, 产品质量水平有所下降。


3 今后发展趋势

为了适应军事装备、工业自动化设备向高精度、高可靠性、小型化、集成化方向发展,并适应不同市场的需要, 作为重要控制元件的信号电机今后的发展趋势是:

( 1) 产品向高可靠性方向发展。无论军用产品还是民用产品, 无刷化的信号电机将会占

电气技术发展综述

据越来越重要的位置。传统信号电机用以传输信号的电刷、滑环是电机可靠性最薄弱的环节,寿命不高, 还会产生无线电干扰, 利用电磁感应原理开发的无刷自整角机、旋转变压器、电感移相器、测速发电机, 实现了能量、信号的无接触传输。

磁阻式旋转变压器是基于磁导变化原理的磁阻式角位传感电机, 他在小机座号上实现了多级设计, 具有结构简单、

可靠性高、体积小、精度高等一系列优点而适应于数字伺服系统。

( 2 ) 产品向高精度方向发展。

伴随着武器装备精度要求的提高和新型武器装备的开发,要求角位传感微特电机精度达数分至数秒甚至几秒, 而精度为分级的单对极自整角机、旋转变压器、电感移相器己不能满足要求, 出现了电气变速的双通道系统以及精度达秒级的双通

道自整角机、旋转变压器、电感移相器。采用补偿技术, 补偿因外界环境变化而是性能变坏

和不稳定, 可使测速发电机、磁阻式旋转变压器、微动同步器能在各种状态下工作, 还可大大降低磁阻式旋转变压器、微动同步器的误差。

( 3 ) 产品向组合化、小型化、专用化方向发展。在体积和重量有着严格的限制的星、弹、箭、机等国防军事装备中, 甚至工业自动化对配套产品的精度和可靠性要求也愈来愈高, 要求将角位传感电机、速度传感电机、伺服电机、减速器等根据不同用途组成为组件, 缩小体积,提高精度。开发三通道自整角机和旋转变压器组件, 可提高电机的分辨率。

( 4 ) 产品向数字化和固态化方向发展。

增量运动的发展是全数字控制, 为适应这一要求,目前采用的结构形式有三种类型: 传统电机加A了D 数模转换器或D/ A 模数转换器; 直接以输入或输出脉冲的脉冲发电机: 利用电子技术, 实现信号传输、解算、编码的固态自整角机和旋转变压器。



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