直流測速發(fā)電機PPT

1、中國礦大信電學院中國礦大信電學院第第 1 1 章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機第第1 1章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機1.1 直流測速發(fā)電機的工作原理和結構直流測速發(fā)電機的工作原理和結構1.2 直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性1.3 直流測速發(fā)電機的誤差和減小方法直流測速發(fā)電機的誤差和減小方法1.4 直流測速發(fā)電機的性能指標及應用直流測速發(fā)電機的性能指標及應用1.5 直流測速發(fā)電機的應用舉例直流測速發(fā)電機的應用舉例1.6 直流測速發(fā)電機的發(fā)展動向直流測速發(fā)電機的發(fā)展動向本本 章章 要要 求：求：熟練掌握直流測速發(fā)電機的工作原理。熟練掌握直流測速發(fā)電機的工作原理。了解直流測

2、速發(fā)電機的結構和型式。了解直流測速發(fā)電機的結構和型式。熟練掌握直流測速發(fā)電機的輸出特性。熟練掌握直流測速發(fā)電機的輸出特性。熟練掌握直流測速發(fā)電機的應用。熟練掌握直流測速發(fā)電機的應用。搞清直流測速發(fā)電機的誤差及其減小方法。搞清直流測速發(fā)電機的誤差及其減小方法。搞清直流測速發(fā)電機的性能指標。搞清直流測速發(fā)電機的性能指標。第第1 1章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機1.1 1.1 直流測速發(fā)電機的原理和結構直流測速發(fā)電機的原理和結構一、一、直流測速發(fā)電機的結構直流測速發(fā)電機的結構NS+-n直流電機直流電機定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子空空氣氣隙隙定定子子鐵鐵心心勵勵磁磁繞繞組組機機殼殼端端蓋蓋電電刷刷電電樞樞繞繞

3、組組電電樞樞鐵鐵心心換換向向器器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸控制電機控制電機直流電機的定子直流電機的定子控制電機控制電機直流電機的轉(zhuǎn)子直流電機的轉(zhuǎn)子控制電機控制電機勵磁方式：電磁式和永磁式勵磁方式：電磁式和永磁式直流永磁電機直流永磁電機直流永磁電機直流永磁電機控制電機控制電機永磁直流測速發(fā)電機永磁直流測速發(fā)電機控制電機控制電機永永磁磁直直流流測測速速發(fā)發(fā)電電機機控制電機控制電機2577稀土直流伺服測速機組稀土直流伺服測速機組 用途：在隨動系統(tǒng)中提供驅(qū)動力矩和用途：在隨動系統(tǒng)中提供驅(qū)動力矩和速度反饋信號，本產(chǎn)品已用于某機光學瞄速度反饋信號，本產(chǎn)品已用于某機光學瞄準具隨動系統(tǒng)中準具隨動系統(tǒng)中 ?？刂齐姍C控制電機二、二

4、、直流測速發(fā)電機的工作原理直流測速發(fā)電機的工作原理導體ab,cd切割磁力線產(chǎn)生感應電勢，N極下電勢方向由b指向a，s極下導體cd中電勢由c指向d,因此電刷A為正，B為負NS+-nabcdAB控制電機控制電機NS+-nabcdAB 當線圈轉(zhuǎn)動當線圈轉(zhuǎn)動180180o o , ,導體導體cdcd處于處于N N極下，電極下，電勢由勢由d d到到c c ，S S極下極下導體導體電勢電勢由由a a到到b b，仍然，仍然A A刷刷為正，為正，B B刷為負。刷為負。 電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，導體電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，導體ab.cd輪流交替地切割輪流交替地切割N極和極和S極下的磁力線極下的磁力線,ab.cd中產(chǎn)生交中產(chǎn)生交變電

5、勢，但是換向器的作用，變電勢，但是換向器的作用，使電刷通過換向片只與處于使電刷通過換向片只與處于一定極性下的導體相連接，一定極性下的導體相連接，從而使電刷兩端得到的電勢從而使電刷兩端得到的電勢極性不變，這就是直流發(fā)電極性不變，這就是直流發(fā)電機的最基本工作原理。機的最基本工作原理。原理動畫原理動畫1.2 1.2 直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性 根據(jù)已學過的直流發(fā)電機的工作原理根據(jù)已學過的直流發(fā)電機的工作原理知，電刷兩端的感應電勢知，電刷兩端的感應電勢 ： 由上可知：由上可知：1.1.電刷兩端的感應電勢與電刷兩端的感應電勢與電機的轉(zhuǎn)速成正比。電機的轉(zhuǎn)速成正比。2.2.直流發(fā)電機能

6、夠把直流發(fā)電機能夠把轉(zhuǎn)速信號換成電勢信號，從而用來測速。轉(zhuǎn)速信號換成電勢信號，從而用來測速。一、基本概念一、基本概念Ea = Cen=Ke n控制電機控制電機二、自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求：二、自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求： 1. 1.輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關系曲線（即輸輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關系曲線（即輸出特性）應為線性。出特性）應為線性。2.2.輸出特性的斜率要大。輸出特性的斜率要大。3.3.溫度變化對輸出特性的影響要小。溫度變化對輸出特性的影響要小。 4. 4.輸出電壓的紋波要小，即要求在一輸出電壓的紋波要小，即要求在一定的轉(zhuǎn)速下輸出電壓要穩(wěn)定，波動要小。定的轉(zhuǎn)速下輸出電壓要穩(wěn)定，波動要小。

7、5. 5.正，反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出特性要一正，反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出特性要一致。致?？刂齐姍C控制電機三、三、輸出特性輸出特性UaEaIaRLUjUa=Ea-IaRaIa=Ua/RL負載時測速發(fā)電機的輸出電壓為：負載時測速發(fā)電機的輸出電壓為：nRR1CULaea/ Ea=Cen=Ke n由直流電機電勢公式得：由直流電機電勢公式得：在圖示正方向下得：在圖示正方向下得：控制電機控制電機nUaRL =無窮大無窮大RL1RL2RL1 RL2輸出特性曲線：輸出特性曲線：nRR1CULaea/ 由上式知：若由上式知：若、 RL 、 Ra 都能保持常數(shù)，則都能保持常數(shù)，則 但但隨隨RL減小，減小，特性斜率變小，實特

8、性斜率變小，實際特性與理論特性際特性與理論特性間存在誤差。間存在誤差。Ua n控制電機控制電機nUaRL =無窮大無窮大RL1RL2RL1 RL2 圖中實線為圖中實線為直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機理想輸出特性，理想輸出特性，虛線為實際輸出虛線為實際輸出特性，實際特性特性，實際特性與要求的線性特與要求的線性特性間存在誤差，性間存在誤差，且該誤差與負載且該誤差與負載電阻有關。電阻有關。1.3 1.3 直流測速發(fā)電機的誤差和減小方法直流測速發(fā)電機的誤差和減小方法一一 溫度的影響溫度的影響 由于電機周圍環(huán)由于電機周圍環(huán)境溫度的變化以及電境溫度的變化以及電機本身發(fā)熱，使電機機本身發(fā)熱，使電機繞組的電阻發(fā)

9、生變化。繞組的電阻發(fā)生變化。溫度溫度t t 升高，勵磁繞升高，勵磁繞組電阻組電阻R R 增大，磁通增大，磁通減小輸出電壓減小輸出電壓U U 降降低。反之，低。反之，U U 升高。升高。UaEaIaRLUjIf控制電機控制電機 為了減小溫度變化對輸出特性的影響，測為了減小溫度變化對輸出特性的影響，測速發(fā)電機的速發(fā)電機的磁路應較為飽和磁路應較為飽和。當磁路飽和時，。當磁路飽和時，勵磁電流變化引起的磁通變化較小。但是，由勵磁電流變化引起的磁通變化較小。但是，由于繞組電阻隨溫度變化的變化太大，要使輸出于繞組電阻隨溫度變化的變化太大，要使輸出穩(wěn)定，還必須采取措施以減小溫度對輸出特性穩(wěn)定，還必須采取措施以

10、減小溫度對輸出特性的影響。的影響。減小誤差的考慮：減小誤差的考慮：UEIaRLUjIf 控制電機控制電機 (2) (2)如果對于溫度變化引起的誤差要求比較如果對于溫度變化引起的誤差要求比較嚴格時，可在勵磁回路串聯(lián)嚴格時，可在勵磁回路串聯(lián)負溫度負溫度系數(shù)的系數(shù)的熱敏熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡電阻并聯(lián)網(wǎng)絡。具體方法：具體方法：(1(1）在勵磁回路中串聯(lián)一個阻）在勵磁回路中串聯(lián)一個阻值比勵磁繞組值比勵磁繞組電阻大幾倍的附電阻大幾倍的附加電阻來穩(wěn)流加電阻來穩(wěn)流。UEIaUj 附加電阻用附加電阻用溫度系數(shù)較低的合金溫度系數(shù)較低的合金材料制成，材料制成，如錳鎳銅合金。雖然溫度升高勵磁電阻增大，如錳鎳銅合金。雖然溫度

11、升高勵磁電阻增大，但整個勵磁回路的總電阻增加不多。但整個勵磁回路的總電阻增加不多?？刂齐姍C控制電機熱敏網(wǎng)絡參數(shù)選擇方法：熱敏網(wǎng)絡參數(shù)選擇方法： 1 1）作出勵磁繞組電阻隨溫度變）作出勵磁繞組電阻隨溫度變化的曲線化的曲線1 1； 2 2）作并聯(lián)網(wǎng)絡電阻隨溫度變化）作并聯(lián)網(wǎng)絡電阻隨溫度變化的曲線的曲線2 2。曲線曲線1 1溫度系數(shù)為正溫度系數(shù)為正; ;曲線曲線2 2溫度系數(shù)為負；溫度系數(shù)為負； 當兩條曲線的斜率當兩條曲線的斜率相等，勵磁回路的總電相等，勵磁回路的總電阻就不隨溫度而變化阻就不隨溫度而變化, ,曲曲線線3 3 。12tR03RR(t)UfRf(t)控制電機控制電機NS電樞磁場電樞磁場N

12、S主磁場主磁場 不論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到哪個位置，電到哪個位置，電樞導體電流在空樞導體電流在空間分布情況始終間分布情況始終不變，因此電樞不變，因此電樞磁場在空間是固磁場在空間是固定不動的恒定磁定不動的恒定磁場。場。二二 電樞磁場的影響電樞磁場的影響控制電機控制電機 電樞磁場產(chǎn)生電樞磁場產(chǎn)生附加去磁作用附加去磁作用，負載時的氣，負載時的氣隙磁通較空載時小，從而產(chǎn)生誤差。隙磁通較空載時小，從而產(chǎn)生誤差。減小誤差的考慮：減小誤差的考慮： 當負載電阻越小或轉(zhuǎn)速越高，負載電流就當負載電阻越小或轉(zhuǎn)速越高，負載電流就越大，電樞磁場產(chǎn)生的附加去磁作用就越強，越大，電樞磁場產(chǎn)生的附加去磁作用就越強，磁通被削弱的就

13、越多，輸出特性偏離直線越遠，磁通被削弱的就越多，輸出特性偏離直線越遠，非線性誤差越大。非線性誤差越大。nUaNS控制電機控制電機 除了以上兩種原因引起輸除了以上兩種原因引起輸出特性的誤差外，還有出特性的誤差外，還有延遲換延遲換向去磁、電勢的紋波以及電刷向去磁、電勢的紋波以及電刷接觸壓降等都會接觸壓降等都會引起輸出特性引起輸出特性的誤差，對此在電機中都采用的誤差，對此在電機中都采用了相應減小誤差的措施。了相應減小誤差的措施。三、其它影響三、其它影響 為了減小電樞反應對輸出特性的影響，測為了減小電樞反應對輸出特性的影響，測速發(fā)電機在使用時，速發(fā)電機在使用時，轉(zhuǎn)速不得超過轉(zhuǎn)速不得超過技術條件中技術條

14、件中規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速；負載電阻不得小于負載電阻不得小于技術條件技術條件給定的電阻值給定的電阻值，以保證非線性誤差較小。，以保證非線性誤差較小。UEIaUj1.4 1.4 直流測速發(fā)電機的性能指標及使用直流測速發(fā)電機的性能指標及使用一、主要性能指標一、主要性能指標1、線性誤差、線性誤差 在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出電壓與理想輸出電壓輸出電壓與理想輸出電壓之差對最大理想輸出電壓之差對最大理想輸出電壓之比之比 %100UUmx 左左右右一一般般為為一一般般為為%.,max50n65nxb 理論值理論值實測值實測值UmnmaxnbU(V)on控制電機控制電機2 、輸出斜率、輸出

15、斜率 在額定的激磁條件下，單位轉(zhuǎn)速（在額定的激磁條件下，單位轉(zhuǎn)速（1000r/min）時產(chǎn)生的輸出電壓。時產(chǎn)生的輸出電壓。3 、最大線性工作轉(zhuǎn)速、最大線性工作轉(zhuǎn)速nmax 在允許的線性誤差范圍內(nèi)的電樞最高轉(zhuǎn)速。在允許的線性誤差范圍內(nèi)的電樞最高轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速就是最大線性工作轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速就是最大線性工作轉(zhuǎn)速。4 、負載電阻、負載電阻RL 保證輸出特性在誤差范圍內(nèi)的最小負載電阻值。保證輸出特性在誤差范圍內(nèi)的最小負載電阻值。此外，還包括不靈敏區(qū)、輸出電壓的不對稱度、此外，還包括不靈敏區(qū)、輸出電壓的不對稱度、紋波系數(shù)、變溫輸出誤差和輸出電壓溫度系數(shù)等紋波系數(shù)、變溫輸出誤差和輸出電壓溫度系數(shù)等性能指標。

16、性能指標。控制電機控制電機二、直流測速發(fā)電機的使用二、直流測速發(fā)電機的使用1、直流測速發(fā)電機的選用、直流測速發(fā)電機的選用 選用直流測速發(fā)電機時，應根據(jù)其在系統(tǒng)選用直流測速發(fā)電機時，應根據(jù)其在系統(tǒng)中的用途來選擇。中的用途來選擇。1）當作為運算元件或用于恒速控制時，應著重）當作為運算元件或用于恒速控制時，應著重考慮其考慮其線性度和紋波電壓線性度和紋波電壓，而對輸出斜率的要，而對輸出斜率的要求則是第二位的；求則是第二位的；2）當作為校正元件時，應著重考慮其輸出）當作為校正元件時，應著重考慮其輸出斜率斜率，而對其其線性度和紋波電壓的要求并不是很嚴而對其其線性度和紋波電壓的要求并不是很嚴格的。格的?？刂?/p>

17、電機控制電機2、直流測速發(fā)電機的接線、直流測速發(fā)電機的接線 電磁式直流測速發(fā)電機在使用前必須區(qū)別清電磁式直流測速發(fā)電機在使用前必須區(qū)別清楚電樞繞組端頭和激磁繞組端頭。楚電樞繞組端頭和激磁繞組端頭。S2S1F2F1 一般標有一般標有F1和和F2的為的為激磁繞組，標有激磁繞組，標有S1和和S2的的為電樞繞組。為電樞繞組。 如果標記看不清或已如果標記看不清或已脫落，如何判斷？脫落，如何判斷？1.5 1.5 直流測速發(fā)電機的應用舉例直流測速發(fā)電機的應用舉例 直流測速發(fā)電機在自動控制系統(tǒng)和計算裝直流測速發(fā)電機在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中可以作為置中可以作為測速元件測速元件、校正元件校正元件、解算元件解算元

18、件和和角加速度信號元件角加速度信號元件。它可以測量各種機械在。它可以測量各種機械在有限范圍內(nèi)的有限范圍內(nèi)的擺動擺動或非常緩慢的或非常緩慢的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。 下面以測速發(fā)電機在速度控制系統(tǒng)中作為下面以測速發(fā)電機在速度控制系統(tǒng)中作為轉(zhuǎn)速負反饋元件轉(zhuǎn)速負反饋元件調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，以穩(wěn)定系調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，以穩(wěn)定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速為例，介紹測速發(fā)電機的使用。統(tǒng)的轉(zhuǎn)速為例，介紹測速發(fā)電機的使用?？刂齐姍C控制電機系統(tǒng)由異步電動機、電磁滑差離合器、測速發(fā)電機系統(tǒng)由異步電動機、電磁滑差離合器、測速發(fā)電機和控制電路組成。通過離合器來調(diào)節(jié)負載速度。和控制電路組成。通過離合器來調(diào)節(jié)負載速度。UuUvUwML電磁滑差電磁滑差離合

19、器離合器電樞電樞測速發(fā)電機測速發(fā)電機控制器控制器信號處信號處理電路理電路給定給定磁極磁極直流勵直流勵磁繞組磁繞組電磁滑差離合器的異步調(diào)速系統(tǒng)電磁滑差離合器的異步調(diào)速系統(tǒng)控制電機控制電機UuUvUwML電磁滑差電磁滑差離合器離合器電樞電樞測速發(fā)電機測速發(fā)電機控制器控制器信號處信號處理電路理電路給定給定磁極磁極直流勵直流勵磁繞組磁繞組電磁滑差離合器的電樞與異步電動機同軸旋轉(zhuǎn)，其電磁滑差離合器的電樞與異步電動機同軸旋轉(zhuǎn)，其中有短路繞組；磁極與負載同軸旋轉(zhuǎn)，其中的勵磁中有短路繞組；磁極與負載同軸旋轉(zhuǎn)，其中的勵磁繞組通入直流電流，在離合器的磁路中產(chǎn)生磁通。繞組通入直流電流，在離合器的磁路中產(chǎn)生磁通。電樞

20、旋轉(zhuǎn)時，其繞組切割氣隙磁場，感應電勢，產(chǎn)電樞旋轉(zhuǎn)時，其繞組切割氣隙磁場，感應電勢，產(chǎn)生電流，該電流與氣隙磁場作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，生電流，該電流與氣隙磁場作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使磁極和負載隨著電樞向同一個方向旋轉(zhuǎn)。使磁極和負載隨著電樞向同一個方向旋轉(zhuǎn)。控制電機控制電機S2N2n1Tem1N1S1n2Tem2電磁滑差離合器的電樞旋轉(zhuǎn)時，其繞組切割氣隙磁電磁滑差離合器的電樞旋轉(zhuǎn)時，其繞組切割氣隙磁場，感應電勢，產(chǎn)生電流，該電流與氣隙磁場作用場，感應電勢，產(chǎn)生電流，該電流與氣隙磁場作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使磁極和負載隨著電樞向同一個就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使磁極和負載隨著電樞向同一個方向旋轉(zhuǎn)。方向旋轉(zhuǎn)?？刂齐姍C控制

21、電機UuUvUwML電磁滑差電磁滑差離合器離合器電樞電樞測速發(fā)電機測速發(fā)電機控制器控制器信號處信號處理電路理電路給定給定磁極磁極直流勵直流勵磁繞組磁繞組調(diào)節(jié)電磁滑差離合器的勵磁電流，可以調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)電磁滑差離合器的勵磁電流，可以調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩的大小，從而可以控制磁極和負載的速度。矩的大小，從而可以控制磁極和負載的速度。電磁滑差離合器的電樞與磁極必須有電磁滑差離合器的電樞與磁極必須有轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差，才能產(chǎn)，才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以叫電磁滑差離合器。生電磁轉(zhuǎn)矩，所以叫電磁滑差離合器?？刂齐姍C控制電機電磁滑差離合器的機械特性電磁滑差離合器的機械特性TemnIf1If2If3If4If4If3If2If1TL機械特性特點：機械特性特點：1、勵磁固定時，負載轉(zhuǎn)矩增加，、勵磁固定時，負載轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速下降很大，即特性軟。轉(zhuǎn)速下降很