直流测速发电机第1章.ppt

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1、中国矿大信电学院中国矿大信电学院第第 1 1 章章 直流测速发电机直流测速发电机第第1 1章章 直流测速发电机直流测速发电机1.1 直流测速发电机的工作原理和结构直流测速发电机的工作原理和结构1.2 直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的输出特性1.3 直流测速发电机的误差和减小方法直流测速发电机的误差和减小方法1.4 直流测速发电机的性能指标及应用直流测速发电机的性能指标及应用1.5 直流测速发电机的应用举例直流测速发电机的应用举例1.6 直流测速发电机的发展动向直流测速发电机的发展动向本本 章章 要要 求：求：熟练掌握直流测速发电机的工作原理。熟练掌握直流测速发电机的工作原理。了解直流测

2、速发电机的结构和型式。了解直流测速发电机的结构和型式。熟练掌握直流测速发电机的输出特性。熟练掌握直流测速发电机的输出特性。熟练掌握直流测速发电机的应用。熟练掌握直流测速发电机的应用。搞清直流测速发电机的误差及其减小方法。搞清直流测速发电机的误差及其减小方法。搞清直流测速发电机的性能指标。搞清直流测速发电机的性能指标。第第1 1章章 直流测速发电机直流测速发电机1.1 1.1 直流测速发电机的原理和结构直流测速发电机的原理和结构一、一、直流测速发电机的结构直流测速发电机的结构NS+-n直流电机直流电机定子定子转子转子空空气气隙隙定定子子铁铁心心励励磁磁绕绕组组机机壳壳端端盖盖电电刷刷电电枢枢绕绕

3、组组电电枢枢铁铁心心换换向向器器转转轴轴控制电机控制电机直流电机的定子直流电机的定子控制电机控制电机直流电机的转子直流电机的转子控制电机控制电机励磁方式：电磁式和永磁式励磁方式：电磁式和永磁式直流永磁电机直流永磁电机直流永磁电机直流永磁电机控制电机控制电机永磁直流测速发电机永磁直流测速发电机控制电机控制电机永永磁磁直直流流测测速速发发电电机机控制电机控制电机2577稀土直流伺服测速机组稀土直流伺服测速机组 用途：在随动系统中提供驱动力矩和用途：在随动系统中提供驱动力矩和速度反馈信号，本产品已用于某机光学瞄速度反馈信号，本产品已用于某机光学瞄准具随动系统中准具随动系统中。控制电机控制电机二、二、

4、直流测速发电机的工作原理直流测速发电机的工作原理导体ab,cd切割磁力线产生感应电势，N极下电势方向由b指向a，s极下导体cd中电势由c指向d,因此电刷A为正，B为负NS+-nabcdAB控制电机控制电机NS+-nabcdAB 当线圈转动当线圈转动180180o o,导体导体cdcd处于处于N N极下，电极下，电势由势由d d到到c c，S S极下导体电势由极下导体电势由a a到到b b，仍然，仍然A A刷刷为正，为正，B B刷为负。刷为负。电枢连续旋转，导体电枢连续旋转，导体ab.cd轮流交替地切割轮流交替地切割N极和极和S极下的磁力线极下的磁力线,ab.cd中产生中产生交变电势，但是换向器

5、的作交变电势，但是换向器的作用，使电刷通过换向片只与用，使电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连处于一定极性下的导体相连接，从而使电刷两端得到的接，从而使电刷两端得到的电势极性不变，这就是直流电势极性不变，这就是直流发电机的最基本工作原理。发电机的最基本工作原理。原理动画原理动画1.2 1.2 直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的输出特性 根据已学过的直流发电机的工作原理根据已学过的直流发电机的工作原理知，电刷两端的感应电势知，电刷两端的感应电势：由上可知：由上可知：1.1.电刷两端的感应电势与电刷两端的感应电势与电机的转速成正比。电机的转速成正比。2.2.直流发电机能够把直流发电机能

6、够把转速信号换成电势信号，从而用来测速。转速信号换成电势信号，从而用来测速。一、基本概念一、基本概念Ea=Cen=Ke n控制电机控制电机二、自动控制系统对测速发电机的要求：二、自动控制系统对测速发电机的要求：1.1.输出电压与转速的关系曲线（即输输出电压与转速的关系曲线（即输出特性）应为线性。出特性）应为线性。2.2.输出特性的斜率要大。输出特性的斜率要大。3.3.温度变化对输出特性的影响要小。温度变化对输出特性的影响要小。4.4.输出电压的纹波要小，即要求在一定输出电压的纹波要小，即要求在一定的转速下输出电压要稳定，波动要小。的转速下输出电压要稳定，波动要小。5.5.正，反转两个方向的输出

7、特性要一正，反转两个方向的输出特性要一致。致。控制电机控制电机三、三、输出特性输出特性UaEaIaRLUjUa=Ea-IaRaIa=Ua/RL负载时测速发电机的输出电压为：负载时测速发电机的输出电压为：Ea=Cen=Ke n由直流电机电势公式得：由直流电机电势公式得：在图示正方向下得：在图示正方向下得：控制电机控制电机nUaRL=无穷大无穷大RL1RL2RL1 RL2输出特性曲线：输出特性曲线：由上式知：若由上式知：若、RL、Ra 都能保持常数，则都能保持常数，则 但随但随RL减小，减小，特性斜率变小，实特性斜率变小，实际特性与理论特性际特性与理论特性间存在误差。间存在误差。Ua n控制电机控

8、制电机nUaRL=无穷大无穷大RL1RL2RL1 RL2 图中实线为图中实线为直流测速发电机直流测速发电机理想输出特性，理想输出特性，虚线为实际输出虚线为实际输出特性，实际特性特性，实际特性与要求的线性特与要求的线性特性间存在误差，性间存在误差，且该误差与负载且该误差与负载电阻有关。电阻有关。1.3 1.3 直流测速发电机的误差和减小方法直流测速发电机的误差和减小方法一一 温度的影响温度的影响 由于电机周围环由于电机周围环境温度的变化以及电境温度的变化以及电机本身发热，使电机机本身发热，使电机绕组的电阻发生变化。绕组的电阻发生变化。温度温度t t 升高，励磁绕升高，励磁绕组电阻组电阻R R 增

9、大，磁通增大，磁通减小输出电压减小输出电压U U 降降低。反之，低。反之，U U 升高。升高。UaEaIaRLUjIf控制电机控制电机 为了减小温度变化对输出特性的影响，测为了减小温度变化对输出特性的影响，测速发电机的速发电机的磁路应较为饱和磁路应较为饱和。当磁路饱和时，。当磁路饱和时，励磁电流变化引起的磁通变化较小。但是，由励磁电流变化引起的磁通变化较小。但是，由于绕组电阻随温度变化的变化太大，要使输出于绕组电阻随温度变化的变化太大，要使输出稳定，还必须采取措施以减小温度对输出特性稳定，还必须采取措施以减小温度对输出特性的影响。的影响。减小误差的考虑：减小误差的考虑：UEIaRLUjIf 控

10、制电机控制电机 (2)(2)如果对于温度变化引起的误差要求比较如果对于温度变化引起的误差要求比较严格时，可在励磁回路串联严格时，可在励磁回路串联负温度负温度系数的系数的热敏热敏电阻并联网络电阻并联网络。具体方法：具体方法：(1(1）在励磁回路中串联一个阻）在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组值比励磁绕组电阻大几倍的附电阻大几倍的附加电阻来稳流加电阻来稳流。UEIaUj 附加电阻用附加电阻用温度系数较低的合金温度系数较低的合金材料制成，材料制成，如锰镍铜合金。虽然温度升高励磁电阻增大，如锰镍铜合金。虽然温度升高励磁电阻增大，但整个励磁回路的总电阻增加不多。但整个励磁回路的总电阻增加不多。控制电机控

11、制电机热敏网络参数选择方法：热敏网络参数选择方法：1 1）作出励磁绕组电阻随温度变）作出励磁绕组电阻随温度变化的曲线化的曲线1 1；2 2）作并联网络电阻随温度变化）作并联网络电阻随温度变化的曲线的曲线2 2。曲线曲线1 1温度系数为正温度系数为正;曲线曲线2 2温度系数为负；温度系数为负；当两条曲线的斜率当两条曲线的斜率相等，励磁回路的总电相等，励磁回路的总电阻就不随温度而变化阻就不随温度而变化,曲曲线线3 3。12tR03RR(t)UfRf(t)控制电机控制电机NS电枢磁场电枢磁场NS主磁场主磁场 不论转子转不论转子转到哪个位置，电到哪个位置，电枢导体电流在空枢导体电流在空间分布情况始终间

12、分布情况始终不变，因此电枢不变，因此电枢磁场在空间是固磁场在空间是固定不动的恒定磁定不动的恒定磁场。场。二二 电枢磁场的影响电枢磁场的影响控制电机控制电机 电枢磁场产生电枢磁场产生附加去磁作用附加去磁作用，负载时的气，负载时的气隙磁通较空载时小，从而产生误差。隙磁通较空载时小，从而产生误差。减小误差的考虑：减小误差的考虑：当负载电阻越小或转速越高，负载电流就当负载电阻越小或转速越高，负载电流就越大，电枢磁场产生的附加去磁作用就越强，越大，电枢磁场产生的附加去磁作用就越强，磁通被削弱的就越多，输出特性偏离直线越远，磁通被削弱的就越多，输出特性偏离直线越远，非线性误差越大。非线性误差越大。nUaN

13、S控制电机控制电机 除了以上两种原因引起输除了以上两种原因引起输出特性的误差外，还有出特性的误差外，还有延迟换延迟换向去磁、电势的纹波以及电刷向去磁、电势的纹波以及电刷接触压降等都会接触压降等都会引起输出特性引起输出特性的误差，对此在电机中都采用的误差，对此在电机中都采用了相应减小误差的措施。了相应减小误差的措施。三、其它影响三、其它影响 为了减小电枢反应对输出特性的影响，测为了减小电枢反应对输出特性的影响，测速发电机在使用时，速发电机在使用时，转速不得超过转速不得超过技术条件中技术条件中规定的最大转速规定的最大转速；负载电阻不得小于负载电阻不得小于技术条件技术条件给定的电阻值给定的电阻值，以

14、保证非线性误差较小。，以保证非线性误差较小。UEIaUj1.4 1.4 直流测速发电机的性能指标及使用直流测速发电机的性能指标及使用一、主要性能指标一、主要性能指标1、线性误差、线性误差 在工作转速范围内，在工作转速范围内，输出电压与理想输出电压输出电压与理想输出电压之差对最大理想输出电压之差对最大理想输出电压之比之比 理论值理论值实测值实测值UmnmaxnbU(V)on控制电机控制电机2、输出斜率、输出斜率 在额定的激磁条件下，单位转速在额定的激磁条件下，单位转速（1000r/min）时产生的输出电压。）时产生的输出电压。3、最大线性工作转速、最大线性工作转速nmax 在允许的线性误差范围内

15、的电枢最高转速。在允许的线性误差范围内的电枢最高转速。额定转速就是最大线性工作转速。额定转速就是最大线性工作转速。4、负载电阻、负载电阻RL 保证输出特性在误差范围内的最小负载电阻值。保证输出特性在误差范围内的最小负载电阻值。此外，还包括不灵敏区、输出电压的不对称度、此外，还包括不灵敏区、输出电压的不对称度、纹波系数、变温输出误差和输出电压温度系数等纹波系数、变温输出误差和输出电压温度系数等性能指标。性能指标。控制电机控制电机二、直流测速发电机的使用二、直流测速发电机的使用1、直流测速发电机的选用、直流测速发电机的选用 选用直流测速发电机时，应根据其在系统选用直流测速发电机时，应根据其在系统中

16、的用途来选择。中的用途来选择。1）当作为运算元件或用于恒速控制时，应着重）当作为运算元件或用于恒速控制时，应着重考虑其考虑其线性度和纹波电压线性度和纹波电压，而对输出斜率的要，而对输出斜率的要求则是第二位的；求则是第二位的；2）当作为校正元件时，应着重考虑其输出）当作为校正元件时，应着重考虑其输出斜率斜率，而对其其线性度和纹波电压的要求并不是很严而对其其线性度和纹波电压的要求并不是很严格的。格的。控制电机控制电机2、直流测速发电机的接线、直流测速发电机的接线 电磁式直流测速发电机在使用前必须区别清电磁式直流测速发电机在使用前必须区别清楚电枢绕组端头和激磁绕组端头。楚电枢绕组端头和激磁绕组端头。

17、S2S1F2F1 一般标有一般标有F1和和F2的为的为激磁绕组，标有激磁绕组，标有S1和和S2的的为电枢绕组。为电枢绕组。如果标记看不清或已如果标记看不清或已脱落，如何判断？脱落，如何判断？1.5 1.5 直流测速发电机的应用举例直流测速发电机的应用举例 直流测速发电机在自动控制系统和计算装直流测速发电机在自动控制系统和计算装置中可以作为置中可以作为测速元件测速元件、校正元件校正元件、解算元件解算元件和和角加速度信号元件角加速度信号元件。它可以测量各种机械在。它可以测量各种机械在有限范围内的有限范围内的摆动摆动或非常缓慢的或非常缓慢的转速。转速。下面以测速发电机在速度控制系统中作为下面以测速发

18、电机在速度控制系统中作为转速负反馈元件转速负反馈元件调节电动机的转速，以稳定系调节电动机的转速，以稳定系统的转速为例，介绍测速发电机的使用。统的转速为例，介绍测速发电机的使用。控制电机控制电机系统由异步电动机、电磁滑差离合器、测速发电机系统由异步电动机、电磁滑差离合器、测速发电机和控制电路组成。通过离合器来调节负载速度。和控制电路组成。通过离合器来调节负载速度。UuUvUwML电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组电磁滑差离合器的异步调速系统电磁滑差离合器的异步调速系统控制电机控制电机UuUvUwML

19、电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组电磁滑差离合器的电枢与异步电动机同轴旋转，其电磁滑差离合器的电枢与异步电动机同轴旋转，其中有短路绕组；磁极与负载同轴旋转，其中的励磁中有短路绕组；磁极与负载同轴旋转，其中的励磁绕组通入直流电流，在离合器的磁路中产生磁通。绕组通入直流电流，在离合器的磁路中产生磁通。电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势，产电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势，产生电流，该电流与气隙磁场作用就产生电磁转矩，生电流，该电流与气隙磁场作用就产生电磁转矩，使磁极和负载随着电枢向同一个

20、方向旋转。使磁极和负载随着电枢向同一个方向旋转。控制电机控制电机S2N2n1Tem1N1S1n2Tem2电磁滑差离合器的电枢旋转时，其绕组切割气隙磁电磁滑差离合器的电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势，产生电流，该电流与气隙磁场作用场，感应电势，产生电流，该电流与气隙磁场作用就产生电磁转矩，使磁极和负载随着电枢向同一个就产生电磁转矩，使磁极和负载随着电枢向同一个方向旋转。方向旋转。控制电机控制电机UuUvUwML电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组调节电磁滑差离合器的励磁电流，可以调节电磁转调节

21、电磁滑差离合器的励磁电流，可以调节电磁转矩的大小，从而可以控制磁极和负载的速度。矩的大小，从而可以控制磁极和负载的速度。电磁滑差离合器的电枢与磁极必须有电磁滑差离合器的电枢与磁极必须有转差转差，才能产，才能产生电磁转矩，所以叫电磁滑差离合器。生电磁转矩，所以叫电磁滑差离合器。控制电机控制电机电磁滑差离合器的机械特性电磁滑差离合器的机械特性TemnIf1If2If3If4If4If3If2If1TL机械特性特点：机械特性特点：1、励磁固定时，负载转矩增加，、励磁固定时，负载转矩增加，转速下降很大，即特性软。转速下降很大，即特性软。2、励磁电流越小特性越软。、励磁电流越小特性越软。3、对恒转矩负载

22、，电磁滑差离、对恒转矩负载，电磁滑差离合器本身的调速范围小。合器本身的调速范围小。控制电机控制电机为了提高特性的硬度扩大调速范围，需要采用速度负反为了提高特性的硬度扩大调速范围，需要采用速度负反馈构成的闭环系统。由于负载的变化而引起的转速变化馈构成的闭环系统。由于负载的变化而引起的转速变化由速度负反馈系统进行自动调节，使转速维持恒定。调由速度负反馈系统进行自动调节，使转速维持恒定。调速范围可达速范围可达10：1。该系统采用该系统采用测速发电机测速发电机检测速度，来构成速度负反馈的检测速度，来构成速度负反馈的闭环系统。改变速度给定控制信号，就可以得到不同的闭环系统。改变速度给定控制信号，就可以得

23、到不同的闭环特性，从而实现调速。闭环特性，从而实现调速。UuUvUwML电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组Ua-+UC1.6 1.6 直流测速发电机的发展动向直流测速发电机的发展动向一、发展高灵敏度直流测速发电机一、发展高灵敏度直流测速发电机二、改进电刷与换向器的接触装置，发二、改进电刷与换向器的接触装置，发 展无刷直流测速发电机展无刷直流测速发电机三、发展永磁式无槽电枢、环形电枢、印三、发展永磁式无槽电枢、环形电枢、印 刷绕组电枢直流测速发电机刷绕组电枢直流测速发电机控制电机控制电机作业：作业：1、2-4(p26)2、查找一个带直流测速发电机的自控系、查找一个带直流测速发电机的自控系统，分析其工作原理。统，分析其工作原理。