直流測速發(fā)電機

1、直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第2章 直流測速發(fā)電機 n2.1 直流發(fā)電機工作原理和結(jié)構(gòu)直流發(fā)電機工作原理和結(jié)構(gòu) n2.2 直流電勢的關(guān)系式直流電勢的關(guān)系式 n2.3 直流測速發(fā)電機及其輸出特性直流測速發(fā)電機及其輸出特性 n2.4 直流測速發(fā)電機誤差及其減小的方法直流測速發(fā)電機誤差及其減小的方法 n2.5 直流測速發(fā)電機的應(yīng)用直流測速發(fā)電機的應(yīng)用 n2.6 直流測速發(fā)電機的性能指標直流測速發(fā)電機的性能指標 n2.7 直流測速發(fā)電機的發(fā)展趨勢直流測速發(fā)電機的發(fā)展趨勢 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.1 直流發(fā)電機工作原理和結(jié)構(gòu) n2.1.1 工作原理直流發(fā)電機的工作是基于電磁感應(yīng)定律， 即：

2、運動導(dǎo)體切割磁力線， 在導(dǎo)體中產(chǎn)生切割電勢； 或者說匝鏈線圈的磁通發(fā)生變化， 在線圈中發(fā)生感應(yīng)電勢。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n2.1.2 直流電勢的形成導(dǎo)體切割磁通產(chǎn)生的電勢為ei=Bxlv磁場分布和電刷電勢直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n2.1.2 直流電勢的形成導(dǎo)體切割磁通產(chǎn)生的電勢為ei=Bxlv磁場分布和電刷電勢電樞繞組和輸出電勢等值電路 電樞元件 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 輸出電勢 直流電機示意圖 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n2.1.3 直流電機基本結(jié)構(gòu)靜止部分(稱為定子)：定子鐵心、 勵磁繞組、 機殼、 端蓋和電刷裝置等組成；旋轉(zhuǎn)部分(稱為轉(zhuǎn)子)：轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、 電

3、樞繞組、 換向器、 軸等組成。定子和轉(zhuǎn)子之間存在間隙(稱為空氣隙)。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n定子主磁極控制用的直流電機一對極。勵磁方式：電磁式，永磁式。n電樞鐵心和電樞繞組n換向器和電刷直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.2 直流電勢的關(guān)系式 n當電刷A、 B通過換向片與幾何中心線上的導(dǎo)體相連接時， 電刷A、 B就把處于一個磁極下元件的電勢串聯(lián)起來， 電刷間的電勢應(yīng)該等于正負電刷所連接的導(dǎo)體的電勢之和：lBplvBeEisiisia11nD60其中：s=N/(2a)n氣隙磁密分布：n電樞表面圓周速度直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 napNEa60或：Ea=Cen，其中Ce=pN/60a 2

4、.2 直流電勢的關(guān)系式 n磁通一定時：Ea=Ken， 式中： Ke=Ce， 稱為電勢系數(shù)。 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.3 直流測速發(fā)電機及其輸出特性 n 2.3.1 直流測速發(fā)電機的型式 按照勵磁方式劃分， 直流測速發(fā)電機有兩種型式。永磁式電磁式直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n2.3.2 自動控制系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機的要求主要是精確度高、 靈敏度高、 可靠性好等。(1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線(稱為輸出特性)應(yīng)為線性；(2) 輸出特性的斜率大；(3) 溫度變化對輸出特性的影響小；(4) 輸出電壓的紋波要小， 即要求在一定的轉(zhuǎn)速下輸出電壓穩(wěn)定， 波動??；(5) 正、 反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出

5、特性一致。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n2.3.3 輸出特性直流電勢:Ea=CennRRCRREULaeLaaa11當每極總磁通為常數(shù)時， 則Ean即輸出電勢與轉(zhuǎn)速成正比。 測速發(fā)電機電刷兩端接上負載電阻RL后， RL兩端的電壓才是輸出電壓。Ua=Ea-IaRa Ia=Ua / RL直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n輸出特性：負載時輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，Ua=f(n)。 n理想情況下、Ra和RL都能保持為常數(shù)，則Ua與n之間仍呈線性關(guān)系, Ua=Kn ；nRRCRREaULaeLaa11n隨著負載電阻的減小， 輸出特性的斜率變?。?n實際上，測速發(fā)電機的輸出特性Ua=f(n)不是嚴格地呈線性特

6、性， 實際特性與要求的線性特性間存在誤差。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4 直流測速發(fā)電機的誤差及其減小的方法2.4.1 溫度影響Ua=f(n)為線性關(guān)系的條件是勵磁磁通、Ra、RL為常數(shù)。 實際上， 電機周圍環(huán)境溫度的變化以及電機本身發(fā)熱(由電機各種損耗引起)都會引起電機繞組電阻的變化。 當溫度升高時， 勵磁繞組電阻增大， 勵磁電流減小， 磁通也隨之減小， 輸出電壓就降低。 反之， 當溫度下降時， 輸出電壓便升高。 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n解決辦法：在勵磁回路中串聯(lián)溫度系數(shù)較低的電阻。在勵磁回路中串聯(lián)負溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。勵磁回路中的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 電阻隨溫度變化的曲線

7、 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.2 電樞反應(yīng)影響 電機空載時， 只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場。 電機負載時， 電樞繞組中流過電流也要產(chǎn)生磁場， 稱為電樞磁場。 負載運行時， 電機中的磁場是主磁場和電樞磁場的合成。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 由于電樞磁場的存在， 氣隙中的磁場發(fā)生畸變， 這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。xB0axBxB主磁場的磁通密主磁場的磁通密度分布曲線度分布曲線電樞磁場磁通密電樞磁場磁通密度分布曲線度分布曲線兩條曲線逐點疊加后得到兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場的磁通密負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線度分布曲線如果電機的磁路不飽和(即磁路為線性)， 磁場的合成就可以應(yīng)用疊加原

8、理。如果電機的磁路飽和，增加少，減少多，電樞反應(yīng)去磁直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 （R L1R L2) n影響：n，Ea ， Ia ， 飽和RL ， Ia ， 飽和飽和去磁，輸出特性偏離線性n解決辦法：限制最大轉(zhuǎn)速nmax限制最小負載電阻RLmax直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.3 延遲換向去磁換向過程：電機旋轉(zhuǎn)， 當電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷進入另一條支路時， 其中電流反向， 由+ia變成-ia的過渡過程。元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.3 延遲換向去磁由于元

9、件本身有電感， 因此在換向過程中當電流變化時， 換向元件中要產(chǎn)生自感電勢:換向元件在經(jīng)過幾何中性線位置時， 由于切割電樞磁場而產(chǎn)生切割電勢ea=BlvdtdiLeL方向應(yīng)與換向前的電流方向相同， 是阻礙換向的右手定則可以確定， ea所產(chǎn)生的電流的方向也與換向前的電流方向相同，是阻礙換向的。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.3 延遲換向去磁換向元件被電刷短路， 于是總電勢ek=eL+ea在換向元件中產(chǎn)生附加電流ik, ik方向與ek方向一致。 由ik產(chǎn)生磁通k，其方向與主磁通方向相反， 對主磁通有去磁作用。 延遲換向去磁eLn2；ean2。 因此， 換向元件的附加電流及延遲換向去磁磁通與n2

10、成正比； 直流測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速上限要受到延遲換向去磁效應(yīng)的限制。kik直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.4 紋波 根據(jù)Ea=Cen, 當、 n為定值時， 電刷兩端應(yīng)輸出不隨時間變化的穩(wěn)定的直流電勢。 然而， 實際的電機并非如此， 其輸出電勢總是帶有微弱的脈動， 通常把這種脈動稱為紋波。 紋波主要是由于電機本身的固有結(jié)構(gòu)及加工誤差所引起的；實用的測速機在結(jié)構(gòu)和設(shè)計上都采取了一定的措施來減小紋波幅值。無槽電樞直流電機可以大大減小因齒槽效應(yīng)而引起的輸出電壓紋波幅值直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.5 電刷接觸壓降 Ua=f(n)為線性關(guān)系的另一個條件是Ra為恒值。實際上， Ra中包含的電刷與

11、換向器的接觸電阻不是一個常數(shù)。nRRUnCULsbea1電刷接觸壓降Ub與下述因素有密切關(guān)系: n 電刷和換向器的材料；n 電刷的電流密度； n 電流的方向； n 電刷單位面積上的壓力；n 接觸表面的溫度； n 換向器圓周線速度； n 換向器表面的化學(xué)狀態(tài)和機械方面的因素。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 換向器圓周線速度對Ub影響較小， 在小于允許的最大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 可認為速度不會引起Ub的變化。 但是隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞電流Ia增大，電刷電流密度增加。當電刷電流密度較小時，隨著電流密度的增加，Ub也相應(yīng)地增大。 當電流密度達到一定數(shù)值后， Ub幾乎等于常數(shù)?？紤]電刷接觸壓降后的輸出特性 在轉(zhuǎn)速

12、較低時，輸出特性上有一段斜率顯著下降的區(qū)域。 此區(qū)域內(nèi)， 測速機雖有輸入信號(轉(zhuǎn)速)， 但輸出電壓很小， 對轉(zhuǎn)速的反應(yīng)很不靈敏， -不靈敏區(qū)。采用接觸壓降較小的銀石墨電刷。 在高精度的直流測速發(fā)電機中還采用銅電刷， 并在表面上鍍上銀層， 使換向器不易磨損。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.5 直流測速發(fā)電機的應(yīng)用n測速發(fā)電機在自動控制系統(tǒng)中作為測量或自動調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速之用； n在隨動系統(tǒng)中用來產(chǎn)生電壓信號以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度； n在計算解答裝置中作為微分和積分元件。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.5.1 作為系統(tǒng)的阻尼元件直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 n伺服電動機控制電壓dtdkUf2d

13、tdkkkkUUkUfg32313)()()(1kUgn無測速機(-)0，但趨近0時，因慣性n0，使(-)0；(-)0；n有測速機(-)0，但趨近0時，因 - Uf0，使U=0,n=0；(-)0，使U=0,n=0；有阻尼作用，改善系統(tǒng)動態(tài)性能；tt直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.5.2 對旋轉(zhuǎn)機械作恒速控制恒速控制系統(tǒng)原理圖 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.6 直流測速發(fā)電機的性能指標 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.7 直流測速發(fā)電機的發(fā)展趨勢2.7.1 發(fā)展高靈敏度測速發(fā)電機電機直徑大;軸向尺寸小;電樞元件數(shù)多刷間的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出電壓斜率大， 靈敏度比普通測速機高1000 倍,紋波系數(shù)小。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 CYD系列直流高靈敏度測速發(fā)電機 美國Inland公司直徑為 250 mm的產(chǎn)品：n 其速比范圍為 1 3000, n最低轉(zhuǎn)速可低于 1 轉(zhuǎn)每天，n紋波系數(shù)小于 0.1%，n線性誤差低于