(精品)第1章直流测速发电机.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控制电机控制电机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、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
4、,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d指向c,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c c到到d d,S S极下极下导体导体电势电势由由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
5、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。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
6、。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)应为线形。出特性)应为线形。2.2.输出特性的斜率要到大。输出特性的斜率要到大。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。定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、
7、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由由直流电机电势公式得:直流电机电势公式得:在在图示正方向下得: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 但但随随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控制电机控制电机nUaRL=无穷大无穷大RL1RL2RL1 RL2 图图中中实线
8、为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
9、之,U U 升高。升高。UaEaIaRLUj控制电机控制电机 为了减小温度变化对输出特性的为了减小温度变化对输出特性的影响,测速发电机的磁路应较为饱和。影响,测速发电机的磁路应较为饱和。当磁路饱和时,励磁电流变化引起的当磁路饱和时,励磁电流变化引起的磁通变化较小。但是,由于绕组电阻磁通变化较小。但是,由于绕组电阻随温度变化的变化太大,要使输出稳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定,还必须采取措施以减小温度对输出特性的影响。出特性的影响。减小误差的考虑:减小误差的考虑:控制电机控制电机(2 2)附加电阻用温度系数较低的合金材)附加电阻用温度系数较低的合金材料制成,如
10、锰镍铜合金。这样虽然温度升料制成,如锰镍铜合金。这样虽然温度升高引起励磁电阻增大,但整个励磁回路的高引起励磁电阻增大,但整个励磁回路的总电阻增加不多。如果对于温度变化引起总电阻增加不多。如果对于温度变化引起的误差要求比较严格时,可在励磁回路串的误差要求比较严格时,可在励磁回路串联负温度系数的热敏电阻并联网络。联负温度系数的热敏电阻并联网络。(1 1)在励磁回路中串联一个阻值比励磁)在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流。绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流。具体方法:具体方法:控制电机控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化的曲线;
11、)作出励磁绕组电阻随温度变化的曲线;2 2)作并联网络电阻随温度变化的曲线。)作并联网络电阻随温度变化的曲线。1 1)温度系数为正)温度系数为正;1)2)tR02 2)温度系数为负;)温度系数为负;当两条曲线的斜当两条曲线的斜率相等,励磁回路的率相等,励磁回路的总电阻就不随温度而总电阻就不随温度而变化。变化。控制电机控制电机NS电枢磁场电枢磁场NS主磁场主磁场 不论转子不论转子转到哪个位置,转到哪个位置,电枢导体电流电枢导体电流在空间分布情在空间分布情况始终不变,况始终不变,因此电枢磁场因此电枢磁场在空间是固定在空间是固定不动的恒定磁不动的恒定磁场。场。二二 电枢磁场的影响电枢磁场的影响控制电
12、机控制电机 电枢磁场产生附加去磁作用,负载时电枢磁场产生附加去磁作用,负载时的磁通较空载时小,从而产生误差。的磁通较空载时小,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流就越大,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,输出特性就越强,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。偏离直线越远,非线性误差越大。控制电机控制电机 除了以上两种原因引起输出特性的误差除了以上两种原因引起输出特性的误差外,还有外,还有延迟换向去磁、电势的纹波以及电延迟换向去磁、电势的纹波以及
13、电刷接触压降等都会刷接触压降等都会引起输出特性的误差,对引起输出特性的误差,对此在电机中都采用了相应减小误差的措施。此在电机中都采用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,转速不得超过技术条件中速发电机在使用时,转速不得超过技术条件中规定的最大转速;负载电阻不得小于技术条件规定的最大转速;负载电阻不得小于技术条件给定的电阻值,以保证非线性误差较小。给定的电阻值,以保证非线性误差较小。1.4 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
14、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
15、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度、纹波系数、变温输出误差和输出电压温度系数等性能指标。数等性能指标。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,应根据其在选用直流测速发电机时,应根据其在系统中的功用而提出不同的技术要求。当系统中的功用而提出不同的技术要求。当作为解算元件或用于恒速控制时,应着重作为解算元件或用于恒速控制时,应着重考虑其线性度和纹波电压,而对输出斜率考虑
16、其线性度和纹波电压,而对输出斜率的要求则是第二位的;当作为校正元件时,的要求则是第二位的;当作为校正元件时,应着重考虑其输出斜率,而对其其线性度应着重考虑其输出斜率,而对其其线性度和纹波电压的要求并不是很严格的。和纹波电压的要求并不是很严格的。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,切勿搞错。楚电枢绕组端头和激磁绕组端头,切勿搞错。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
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