chap03-测速发电机...ppt

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1、 测速发电机是一种测量转速的信号元件，它将输入的机械转速变换成为电压信号输出。要求：要求：输出电压与转速成正比，U2=Kn, 并保持稳定；剩余电压(转速为零时的输出电压）要小；输出电压的极性或相位能反映被测对象的转向；温度变化对输出特性的影响小；灵敏度高，即输出电压对转速的变化反应灵敏，输出特性斜率要大；转动惯量和摩擦转矩小，以保证反应迅速。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院主要类型主要类型测速发电机直流交流异步同步电磁式永磁式3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院1. 直流测速发电机直流测速发电机 工作原理与普通直流发电机相同。电枢电势

2、为：aeeECnK n 空载时，Ia=0, U2=EanU0负载时，aaaaRIEULaRUI23.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院可见，理想情况下C为常数，所以，直流测速发电机负载时的输出特性仍然是一条直线。负载电阻越大，直线斜率就越大。实际情况是，输出特性会偏离直线，如图中虚线所示。nU201LR2LR2LR1LRLRaLaRRUEU22CnnRRKRREULaeLaa1123.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院 产生误差的原因和改进方法q电枢反应电枢反应对策： 选用较大气隙和较小线负荷； 转速不超过最大线性工作速度，负载电阻不小于最小

3、负载电阻； 补偿绕组；3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院q电刷接触电压降电刷接触电压降beLabLaebaaaaUKCCnRRUnRRKURIEU11对策：选用导电性能较好的电刷3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院q电刷位置的影响电刷位置的影响q温度的影响温度的影响对策：将磁路设计的较饱和；在励磁回路中串电阻；在励磁回路中串联具有负温度系数的热敏电阻；励磁回路由恒流源供电q纹波的影响纹波的影响直流测速发电机在和n固定时，输出电压也不是稳定的直流电压，而总带有微弱的波动，成为纹波对策：增加支路元件数，电枢采用斜槽结构，无槽3.测速发电机测

4、速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院 线性误差U%q 最大线性工作转速nmq 输出斜率Kgq 最小负载电阻RLq 不灵敏区nq 输出电压的不对称度%1002avaubUUK 直流测速发电机的性能指标直流测速发电机的性能指标%100%ammUUU3.测速发电机测速发电机2. 交流测速发电机交流测速发电机1） 同步测速发电机同步测速发电机因感应电势频率随转速而变，致使电机本身的阻抗及负载阻抗均随转速而变化，因此，输出电压不再与转速成正比关系，应用较少。2） 异步测速发电机异步测速发电机结构与杯形转子交流伺服电动机类似，由内、外定子，非磁性材料制成的杯形转子等部分组成。定子上放置两个在空

5、间相互垂直的单相绕组，一个为励磁绕组，另一个为输出绕组。3.测速发电机测速发电机转子静止时转子静止时转子旋转时转子旋转时3.测速发电机测速发电机转子杯导条切割磁通ddrnCE2当磁通d的幅值恒定rErIqn 2U2Eqn输出特性输出特性*22 601()fsAnnpnUUnnfB n3.测速发电机测速发电机产生旋转电动势Er负载阻抗对输出特性的影响负载阻抗对输出特性的影响异步测速发电机的输出特性)()(222222222jXRIZIjXRIUEL3.测速发电机测速发电机纯电阻负载时输出电压的变化纯电阻负载时输出电压的变化222222222()()LLEI RIRjXIRRjI XC空载时I2=

6、0，负载时：OC=U2=I2RLOC的方向也是I2的方向。因为三角形OBA为直角三角形，且E2为常数，所以，B点的轨迹为以OA为直径的圆弧。又因为、为常数，所以C点轨迹应为圆弧OCA。22EU3.测速发电机测速发电机纯电感负载时输出电压的变化纯电感负载时输出电压的变化CXXI jRIjXRIXI jELL)()(2222222223.测速发电机测速发电机纯电容负载时输出电压的变化纯电容负载时输出电压的变化CXXI jRIjXRIXI jEcc)()(2222222223.测速发电机测速发电机2UlZ2ECRL0lZ0lZlZ0负载阻抗对输出特性的影响负载阻抗对输出特性的影响3.测速发电机测速发

7、电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院(A) 幅值幅值(B) 相位相位CRL转速一定，当负载阻抗足够大时，不论什么性质的负载，负载阻抗的变化转速一定，当负载阻抗足够大时，不论什么性质的负载，负载阻抗的变化不会引起输出电压明显变化；不会引起输出电压明显变化；2. 当容抗大于一定值时，容性负载与电阻负载的变化对输出电压的影响可当容抗大于一定值时，容性负载与电阻负载的变化对输出电压的影响可以互补，但却扩大了对相位移的影响；以互补，但却扩大了对相位移的影响；3. 电阻电阻电感负载，可获得相位移不受负载阻抗改变的影响，但却扩大了对输电感负载，可获得相位移不受负载阻抗改变的影响，但却扩大了对输出电压

8、幅值的影响。出电压幅值的影响。负载性质输出斜率线性误差相位误差 相位移电阻负载RLRL，斜率比空载时小比空载时小RL， 向滞后方向移动电感负载XLXL ，斜率比空载时大比R、C误差小XL， 向超前方向移动电容负载XcXC ，斜率开始增大然后下降比R、L误差小比空载时大XC， 向滞后方向移动各种性质的负载对异步测速发电机性能的影响各种性质的负载对异步测速发电机性能的影响3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院产生误差的原因及减小的措施：产生误差的原因及减小的措施：气隙磁通气隙磁通 d的变化的变化；励磁电源的影响；励磁电源的影响；温度的影响。温度的影响。3.测速发电机测速发

9、电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院气隙磁通气隙磁通 d的变化的变化 改进措施：改进措施： 减小励磁绕组漏阻抗；减小励磁绕组漏阻抗； 增大转子电阻；增大转子电阻； 提高励磁电源频率提高励磁电源频率3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院励磁电源的影响励磁电源的影响电源电压幅值不稳定，会直接引起输出电压的波动。频率电源电压幅值不稳定，会直接引起输出电压的波动。频率的变化对输出电压的大小和相角也有明显的影响。随着频的变化对输出电压的大小和相角也有明显的影响。随着频率的增加，在电感性负载时，输出电压稍有增长；而在电率的增加，在电感性负载时，输出电压稍有增长；而在电容性

10、负载时，输出电压的增加比较明显；在电阻负载时，容性负载时，输出电压的增加比较明显；在电阻负载时，输出电压的变化是最小的。频率的变化对相角的影响更为输出电压的变化是最小的。频率的变化对相角的影响更为严重。因为频率的增加使得电机中的漏阻抗增加，输出电严重。因为频率的增加使得电机中的漏阻抗增加，输出电压的相位更加滞后。但当转子电阻较大时，相位滞后的要压的相位更加滞后。但当转子电阻较大时，相位滞后的要小一些。此外，波形的失真会引起输出电压中含有高次谐小一些。此外，波形的失真会引起输出电压中含有高次谐波分量。波分量。 3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院温度的影响温度的影响电

11、机温度的变化，会使励磁绕组和空心杯转子的电阻以及电机温度的变化，会使励磁绕组和空心杯转子的电阻以及磁性材料的磁性能发生变化，从而使输出特性发生改变。磁性材料的磁性能发生变化，从而使输出特性发生改变。温度升高使输出电压降低，而相角增大。为此，在设计空温度升高使输出电压降低，而相角增大。为此，在设计空心杯时应选用电阻温度系数较小的材料。在实际使用时，心杯时应选用电阻温度系数较小的材料。在实际使用时，可采用温度补偿措施。最简单的方法是在励磁回路、输出可采用温度补偿措施。最简单的方法是在励磁回路、输出回路或同时在两个回路串联负温度系数的热敏电阻来补偿回路或同时在两个回路串联负温度系数的热敏电阻来补偿温

12、度变化的影响。温度变化的影响。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院异步测速发电机的技术指标：异步测速发电机的技术指标： 线性误差线性误差 相位误差相位误差%1002mmUU*23mcnn 3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院 剩余电压（零速电压）剩余电压（零速电压） 转速为零时输出绕组所产生的电压，包括基波分量和高次谐波分转速为零时输出绕组所产生的电压，包括基波分量和高次谐波分量。一般几十毫伏。量。一般几十毫伏。剩余电压对输出特性的影响剩余电压对输出特性的影响3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院剩余电压基波分量

13、剩余电压基波分量 变压器分量、旋转分量和电容分量变压器分量、旋转分量和电容分量内定子椭圆引起的剩余电压内定子椭圆引起的剩余电压产生变压器分量的原因：产生变压器分量的原因：v 励磁绕组轴线与输出绕组轴线励磁绕组轴线与输出绕组轴线不垂直；不垂直；v 定子加工不良，造成气隙不均定子加工不良，造成气隙不均匀。匀。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院旋转分量旋转分量由于铁心材料各向磁滞变化的情况不同，或者铁心片间短路以及空心杯转子的材料和壁厚不均匀，都会导致去磁效应不同，使电机气隙圆周上各点磁密相位不一致，而形成一个椭圆形旋转磁场，使输出绕组产生感应电动势，产生剩余电压 。电

14、容分量电容分量由于励磁绕组和输出绕组之间会存在寄生的分布电容,当励磁绕组加交流电压时，通过寄生的分布电容也会在输出绕组中产生电压 。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院剩余电压的交变分量剩余电压的交变分量剩余电压的基波分量也可分为交变分量和固定分量。交变分量是由于转子形状不规则及材料各向异性等原因所引起，其大小与转子位置有关，随转子位置成周期性变化。除此之外，其他原因所引起的剩余电压与转子位置无关，即为剩余电压的固定分量。 3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院减小剩余电压的措施减小剩余电压的措施 改进制造材料和工艺，降低磁路饱和程度；改进

15、制造材料和工艺，降低磁路饱和程度； 采用内外定子铁心可调结构；采用内外定子铁心可调结构； 采用补偿绕组（可补偿剩余电压的固定分量）；采用补偿绕组（可补偿剩余电压的固定分量）；剩余电压的高次谐波分量主要是由于两个原因产生：1.励磁电源电压波形为非正弦波；2.电机磁路的饱和。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院 外接补偿装置外接补偿装置校正补偿电桥补偿3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院3. 其他型式的测速发电机其他型式的测速发电机(1). 霍尔无刷直流测速发电机霍尔无刷直流测速发电机霍尔效应cosBIKIBKEHHHdRKHHKH霍尔元件灵

16、敏度；RH霍尔系数。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院 转子不动时，定子绕组中无电势，霍尔元件的控制电转子不动时，定子绕组中无电势，霍尔元件的控制电流为零，所以霍尔电动势为零。流为零，所以霍尔电动势为零。霍尔测速发电机原理图霍尔测速发电机接线图3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院tBBmAcostBBmBsintBKdtdBKemABAAcos绕组中的感应电势：tBKemBBsintRBKReitRBKReiBmBBBBAmAAAAsincos霍尔电势：tRBKKiBKEtRBKKiBKEBmBHBBBHBHBAmAHAAAHAHA22

17、22sincos3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院调节调节RA和和RB，使，使KRBKKRBKKBmBHBAmAHA22若将两个霍尔元件反向串联，则总的输出电压为若将两个霍尔元件反向串联，则总的输出电压为KttKEEUHBHA)sin(cos222优点：优点：无剩余电压，不含脉动成份，转子惯量小，寿命长。无剩余电压，不含脉动成份，转子惯量小，寿命长。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院测速发电机的应用举例转速自动调节系统转速自动调节系统3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院1-放大器；放大器；2-电动机；电动机；3-负载；负载；4-测速发电机测速发电机在自动控制系统中用作解算元件在自动控制系统中用作解算元件作积分运算nKUndtKKUft30212111100132102112ttftdtUKdtUKKKndtKKKU只要放大器放大倍数足够大，便有fUU 13.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院三环控制系统结构框图三环控制系统结构框图(测速发电机用作校正元件测速发电机用作校正元件)1-测速发电机，2-直流电动机电压环和电流环主要是为了改善系统的动态特性，并在动态过程中起保护主电动机和整个装置的作用。3.测速发电机测速发电机河南科技大学电信学院河南科技大学电信学院