第1章 直流测速发电机
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的装置。
它的工作原理基
于法拉第电磁感应定律，即在一个导体内，当磁通量发生变化时，就
会产生感应电动势。
直流测速发电机的结构包括转子、定子和磁场系统。
其中，转子是由
永磁体和轴承组成的旋转部分；定子是由线圈和铁芯组成的固定部分；磁场系统则是由永磁体和铁芯组成的。
当转子旋转时，永磁体在定子线圈周围产生一个恒定的磁场。
如果此
时有导体穿过这个恒定磁场，就会在导体内产生感应电动势。
但是，
仅靠这个恒定的磁场无法产生稳定的电压输出。
因此，在直流测速发电机中还需要加入一个可变磁场来增强感应电动势。
这个可变磁场是通过在永磁体上加上一些线圈来实现的。
当这些
线圈通电时，它们会在永磁体周围产生一个可变的辅助磁场。
当转子旋转时，导体就会穿过这个恒定磁场和可变磁场，从而产生感
应电动势。
这个感应电动势会通过导线输出，可以用来驱动负载或充
电电池。
需要注意的是，在使用直流测速发电机时，必须保证转子的旋转速度足够快，才能产生稳定的电压输出。
因此，在实际应用中，通常需要使用齿轮或皮带等机械传动装置来提高转速。
总之，直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的装置，其工作原理基于法拉第电磁感应定律。
通过在永磁体上加入可变线圈来增强感应电动势，并通过导线输出产生的电压。
在实际应用中需要保证转子足够快的旋转速度才能产生稳定的输出。
电气自动化技术专业《测速发电机》
假设转子反转, 输出电压将反相。
略电抗， 两者同相
Irq产生Φq ( kErq )
E2 4.44 f1N2K N 2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电 动势E2的大小与转速n成正 比。
二、交流测速发电机
工作原理
结论：前面E2的大小正比于n，那么对E2的频率，因 Φd与励磁电源同频率，而 Erq与Φd同频率，Irq 与 Erq同频率， q 与Irq 同频率，E2与 q 同频率，故 输出电动势E2的频率与励磁电源的频率相同，而与转 速的大小无关，使负载阻抗不随转速的变化而变化。 异步测速发电机的这一优点使它广泛用于控制系统。
一、 直流测速发电机
1直流测速发电机的结构和工作原理 结构 与普通小型直流发电机相同
按励磁方 式分类：
他励电磁式 永磁式
因测速发电机 的功率较小， 而永磁式不需 另加励磁电源, 也没有因励磁 绕组温度变化 而影响输出电 压的问题，所 以应用广泛。
1直流测速发电机的结构和工作原理
工作原理 空载时 U0 E0 Ce0n
二、交流测速发电机
工作原理 当n=0，即转子不转时,测
速发电机的气隙磁场为脉振磁场，脉振频
率为f1，其轴线就是d 轴。d 轴 的脉振磁通只能在空心杯转子 中感应出变压器电动势，产生 转子电流，根据椤次定律，此 电流所产生的磁通 rd和N1产
转子电流 产生的磁通
输出绕组
励磁绕组
合成磁通
生的磁通方向相反，所以合成
结构
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理直流测速发电机是一种常用的测速、测量设备，它通过转动磁场产生电势差来测量物体的转速。
它是基于霍尔效应和电磁感应原理设计制造的一种精密仪器。
本文将详细介绍直流测速发电机的工作原理及其应用。
直流测速发电机的内部结构包括转子、定子和霍尔元件。
转子由永磁体和几个磁极组成，固定在被测物体上。
定子由线圈组成，是发电机的主要发电部件。
霍尔元件位于定子上方，并与磁铁相对应，用于感应磁场的变化。
当被测物体旋转时，磁铁的磁场也随之变化。
这种变化被霍尔元件感应到，霍尔元件将磁场变化转化为电压变化，并将其输出给直流测速发电机。
发电机接收到电压信号后，将其转换为测量物体的转速信息。
直流测速发电机的工作原理主要依赖于两个物理规律，即霍尔效应和电磁感应。
首先是霍尔效应。
霍尔效应是指当导电材料通过电流的作用，竖立在磁场中时，会在其两侧产生一定的电压。
这是因为磁场会使电子在导体内发生偏移，产生一种电势差。
直流测速发电机中的霍尔元件利用了这一效应，将转速变化转化为电压变化。
其次是电磁感应。
根据电磁感应原理，当导体相对磁场运动时，导体内部会产生感应电流。
直流测速发电机中的定子线圈通过电磁感应的方式，将被测物体的转速转化为电流输出。
基于霍尔效应和电磁感应原理，直流测速发电机能够准确测量物体的转速。
通过将测得的电压信号进行放大和处理，可以得到精确的转速数据。
直流测速发电机的应用非常广泛。
在工业生产中，它常被用于测量各种旋转设备的转速，如发动机、风机、电机等。
此外，直流测速发电机还可以用于运动控制系统中，实时监测运动的速度和位置。
值得注意的是，在实际使用直流测速发电机时，需要根据被测物体的特性和要求进行合适的参数设置。
例如，可以根据实际需要选择合适的线圈匝数、永磁体的强度和霍尔元件的位置。
总之，直流测速发电机是一种基于霍尔效应和电磁感应的测速设备，其工作原理简单而有效。
通过将物体转速转化为电压信号，它可以提供准确的转速测量数据。
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理概述直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的设备，其工作原理是通过将旋转的磁场和导体之间的相对运动转化为感应电动势，进而产生电流。
电磁感应电磁感应是直流测速发电机工作的基础原理。
它是指当导体在磁场中运动或磁场变化时，导体内会产生感应电动势和感应电流。
这是由于磁场变化引起了导体中的电子运动，从而生成电动势。
旋转磁场直流测速发电机中需要产生一个旋转的磁场，以便与导体相对运动，从而产生感应电动势。
旋转磁场可以通过使用定子绕组和电流通路进行实现。
定子绕组通常由直流电源供电，电流通过电枢绕组，产生一个磁场。
导体和电枢导体是指直流测速发电机中的旋转部分，它通常由铜制成，在转子上安装有导条或导线。
导体与旋转的磁场之间的相对运动将导致感应电动势的产生。
电枢是连接到导体的电路系统，它可以将感应电动势转化为电流。
电枢是直流测速发电机的输出端，通过连接负载，可以将电能传送到外部电路。
工作过程当导体中的旋转磁场相对电枢运动时，由于电磁感应的作用，电枢中将产生感应电动势。
感应电动势的大小和方向取决于磁场的大小、导体与磁场的相对速度以及导体的几何形状。
一旦感应电动势产生，电枢中将流过感应电流。
感应电流的大小和方向取决于电枢的阻抗和外部电路的负载特性。
直流发电机的稳定性直流测速发电机具有优良的稳定性，这是由于旋转磁场和导体之间的相对运动产生了恒定的感应电动势。
即使负载发生变化，感应电流也可以自动调整以适应负载特性。
然而，在高速旋转时，还需考虑惯性力对导体的影响，以及电机的机械稳定性和动态特性。
应用领域直流测速发电机的工作原理和稳定性使其在许多领域得到广泛应用。
以下是一些常见的应用领域：1.火车牵引2.汽车发电机3.风力发电4.水力发电5.汽轮机发电6.车载发电结论直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的设备，其工作原理是通过将旋转的磁场和导体之间的相对运动转化为感应电动势，进而产生电流。
它具有良好的稳定性和多种应用领域。
直流、交流测速发电机的工作原理
直流、交流测速发电机的工作原理来源：机械专家网发布时间：2010-03-20 机械专家网一、直流测速发电机：1、直流测速发电机的工作原理：在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。
显然输出电压与转速成正比。
2. 误差分析直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。
从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显著，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。
（2）温度的影响如果直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。
温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。
可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。
（3）接触电阻如果电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。
另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。
二、交流测速发电机：交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。
在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。
交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。
空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90°电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。
4.1直流测速电动机
任务一 认识速度传感器
一、测速发电机传感器的要求
测速发电机(tachogenerator)是一种检测机械转速的电磁装置。就是
把转子转速转换为电压信号的机电式元件。它的输出电压与转速成正比关系， 即Ua=Kn。
如图4-1所示。
目录
任务一 认识速度传感器
测速发电机的输出电压能表征转速，因而可用来测量转速；测速发 电机的输出电压正比于转子转角对时间的微分，在解算装置中可以把 它作为微分或积分元件。
磁通反向， 因此合成磁场的磁通密度在半个极下是加强了， 在另外半个极
下是削弱了， 如图 (c)所示。 由于电枢磁场的存在， 气隙中的磁场发生畸变
， 这种现象称为电枢反应。
目录
•
如果电机的磁路不饱和(即磁路为线性)， 磁场的合成就可以应用叠加
原理。 例如， N极右半个极下的合成磁通等于 1/2 主磁通与 1/2 电枢磁通之
•
4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，
并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
• 转子部分：
•
转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等
。
•
1）电枢铁心：电机主磁路的一部分，用来嵌
• 放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中
目录
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磁场， 图 c是主磁场和电枢磁场的合成磁场。
目录
直流电机磁场
目录
•
磁场的分布在电机学中已作了分析，磁场的分布如图 (a)所示。电枢
电流所产生的磁场如图 (b)所示。由图 (b)可以看出， 在每个主磁极下面，
电枢磁场的磁通在半个极下由电枢指向磁极， 在另外半个极下则由磁极指
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理
1. 引言
直流测速发电机是一种能将机械能转换为直流电能的装置。
它
在测速领域起着重要的作用，可以用于测量机械转速或流速等参数。
本文将探讨直流测速发电机的工作原理。
2. 基本构造
直流测速发电机由以下几部分构成：导体线圈、磁场、转子、
电刷和电路等。
导体线圈固定在转子上，转子与磁场之间存在相对
运动，导致导体线圈中产生感应电动势。
3. 工作原理
当转子与磁场之间存在相对运动时，导体线圈中会产生感应电
动势。
这是基于法拉第电磁感应定律的原理，即当导体线圈与磁场
之间相对运动时，会产生感应电流。
直流测速发电机的工作原理可
以简单概括为以下几个步骤：
3.1 磁场产生
在直流测速发电机中，磁场可以由永磁体或电磁体产生。
当电流通过线圈时，线圈中产生的磁场与永磁体或电磁体的磁场相互作用，形成一个稳定的磁场。
3.2 相对运动
直流测速发电机中的转子与磁场之间必须存在相对运动，这样才能产生感应电动势。
转子可以通过机械装置实现相对运动，例如风力发电机中的风车叶片转动，或水力发电机中的水轮转动。
3.3 感应电动势产生
由于转子与磁场之间存在相对运动，导体线圈中会产生感应电动势。
这个电动势的大小取决于导体线圈的长度、磁场的强度以及相对运动的速度等因素。
感应电动势的方向根据楞次定律确定，它的方向与转子与磁场之间的相对运动方向有关。
3.4 输出电能
直流测速发电机的最终目的是将机械能转换为电能，输出到外部电路中进行使用。
为了实现这一点，直流测速发电机通常配备了。
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的设备，具有广泛的应用。
其工作原理是基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力的作用机制。
直流测速发电机的转子是由永磁体和电枢组成的。
当转子以一定的转速旋转时，永磁体和电枢之间就会产生相对运动。
这时，电枢中就会产生感应电动势，其大小和方向与转子旋转的速度和方向相关。
法拉第电磁感应定律指出，当磁通量发生变化时，就会在导体中产生感应电动势。
在直流测速发电机中，永磁体的磁通量是固定的，而电枢旋转时会改变磁通量的大小和方向，进而在电枢中产生感应电动势。
洛伦兹力的作用机制是指当导体在磁场中运动时，就会受到一个与运动方向垂直的力。
在直流测速发电机中，电枢中的电流会产生磁场，与永磁体产生相互作用，导致电枢受到一个与旋转方向垂直的力，这就是洛伦兹力。
这个力的方向和大小与电枢的旋转速度和方向相关。
综合以上三个作用机制，可以得到直流测速发电机的工作原理。
当转子以一定的转速旋转时，永磁体和电枢之间就会产生相对运动，进而在电枢中产生感应电动势。
同时，电枢中的电流会产生磁场，与永磁体产生相互作用，导致电枢受到一个与旋转方向垂直的力。
这些相互作用的效果使得直流测速发电机能够将机械能转化为电能。
需要注意的是，直流测速发电机的输出电压和转速之间存在一定的关系。
当转速增加时，感应电动势的大小也会增加，进而输出电压也会增加。
但是当转速过高时，还会产生一些不利的影响，如电刷磨损、晶闸管发热等，因此需要在设计和使用中进行合理的控制。
直流测速发电机是一种重要的能量转换设备，其工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力的作用机制。
通过对其工作原理的研究，可以更好地理解其产生电能的原理，为其应用和优化提供更加科学的依据。
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1.3.1
1.3 直 流 测 速 发 电 机 的 误 差 及 其 减 小 方 法
温度影响
减小温度变化对输出特性的影响，通常采取的措施是：
（1）测速发电机的磁路设计得比较饱和，因而励磁电 流变化时所引起的磁通变化量较小。
B b B
BJ
a B0 0 H
1.3.1
1.3 直 流 测 速 发 电 机 的 误 差 及 其 减 小 方 法
每一导体的感应电势；
一对电刷间的串联导体数。
ei Bxlv
式中 Bx--为导体所在点的磁通密度； l -- 导体在磁场中的长度（电枢铁心的长度）； v -- 导体切割磁通的线速度（电枢的圆周速度）。
1.1.3 直流电势的大小
1.1 直 流 发 电 机 的 工 作 原 理 和 结 构
e p B p lv
式中
Ce为一个常数，其大小由电机本身参数决定。
当每极磁通一定时, 为常数，令
K e Ce
则
Ea K e n
其中，Ke称为电势系数。
1.1 直流发电机的工作原理和结构
结论：
电刷两端的感应电势和电机的转速成 正比。即电势的大小能表征转速的大小。 因此直流发电机能把转速信号转换成 电势信号，从而可用来测速。
绪
论
三、主要参考书：
1、陈隆昌编著《控制电机》 西安电子科技大学出版社；
2、梅晓榕编著《自动控制元件及线路》
哈尔滨工业大学出版社；
3、刘向群编著《自动控制元件》（电磁类）
北航出版社： 4、秦曾煌编著《电工技术》（电机部分） 高等教育出版社。
第一章 直流测速发电机
从能量转换的角度来看，它把机械能转换为电能， 输出直流电；从信号转换的角度来看，它把转换信号 转换成电压信号，其值和转速成正比，即
控制电机名词解释简答
第一章1-1名词解释：1、直流测速发电机的输出特性：直流测速发电机的输出特性是指励磁磁通φ和电刷接触电阻Ra为常数时，输出电压U随转子转速n的变化曲线，即U=f（n）2、电枢反应：由于电枢在绕动的过程中产生的磁场影响了主磁场、3、相位误差:自控系统要求异步测速发电机的输出电压和励磁电阻相位相同，即U2和U1的相位相同，在既定的转速范围内，输出电压和励磁电压之间的相位差△Ψ称为相位误差。
第二章直流伺服电动机2—1直流伺服电动机1、直流伺服电动机的动态特性：直流伺服电动机的动态特性是指：电动机的电枢上外施电压突变时，电动机从一种稳定转速过渡到另一稳定转速的过程，即 n=f（t）或Ω=f（t）。
2、双极性PWM的死区：在双极性驱动下，由于开关管自身都有开关延时，如果“开”“关”延时时间不同，可能在同一桥臂出现直通现象，引起电源短路，为了避免这种情况，在同一桥臂的两个开关管在“开”“关”交替时，增加一个低电平延时，这个低电平延时称为死区。
2—21、霍尔效应:通有电流的导体或半导体薄片至于磁场中，由于受到洛伦兹力的作用载流子将向薄片侧边积累，则在垂直于电流I磁场B的方向上出现一个电位差UH，这个现象称为霍尔效应。
2、无传感器位置检测：电动机通过检测定子绕组的反电动势或定子三次谐波或续流二极管电流通路作为转子磁钢的位置信号，该信号检出后，经数字电路处理，送给逻辑开关电路去控制无刷直流电动机换向。
2—31、磁状态角：电枢磁场在空间保持某一状态时转子所转过的空间电角度，即定子上前后出现的两个不同磁场轴线间所夹的电角度称为磁状态角，或成状态角Θm。
2---41、反电动势积分法：当有磁极转过不导通相时，不导通绕组会产生反电动势，通过对电动机不导通相反电动势的积分信号来获取转子位置信息，积分值一旦达到阈值，即换相值清。
2、续流二极管法：通过监视并联在逆变器两端的续流二极管的导通情况来确定电动机功率管的换相瞬时，在某些连接法中，无刷直流电机三相绕组中总有一相处于断开状态，断开相处于发电状态，产生的电动势会使通过其中的一个二极管流入电源，监视6个续流二极管的导通，关断状况就可以获得6个功率管的开关顺序。
自动控制元件部分课后题答案
自动控制元件 部分课后题答案第一章 直流伺服电动机1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。
b ：由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小决定。
1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？答：a ：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。
由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变b ：KeKtRaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。
1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。
试问该电动机额定负载转矩是多少？答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90VEa=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ=0.23836000.10590n 105.0=⨯=⨯Ea T em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。
答：磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。
由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓Ea= Ua- IaRa 可见I a ↓知Ea↑，由Ea=Ce Φn 知Ea↑知n ↑第二章 直流测速发电机2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V ，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm ，求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理直流测速发电机的工作原理在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。
显然输出电压与转速成正比。
2.误差分析直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。
从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显着，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。
（2）温度的影响假如直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。
温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。
可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。
（3）接触电阻假如电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。
另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。
交流测速发电机交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。
在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。
1.交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。
空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90?电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。
空心杯转子异步测速发电机原理当定子励磁绕组外接频率为f的恒压交流电源u，励磁绕组中有电流i流过，在直轴（即轴）上产生以频率f脉振的磁通。
直流测速发电机在自动控制系统中主要起什么作用
直流测速发电机在自动控制系统中主要起什么作用直流测速发电机广泛应用于各种自动控制系统中，其主要作用是实时测量和反馈系统中的转速信息。
通过准确获取转速数据，直流测速发电机能够对自动控制系统进行精准的调节和控制，确保系统的稳定运行和高效性能。
本文将从控制系统的角度详细探讨直流测速发电机在自动控制系统中的作用。
一、转速控制直流测速发电机作为转速传感器，可以通过测量输出的电压信号转化成转速数据，反馈给自动控制系统。
在转速控制系统中，直流测速发电机起到了重要的作用。
通过与控制系统的连接，直流测速发电机可以提供准确的转速信息，帮助控制系统实时监测和控制转速。
控制系统可以通过对直流测速发电机的信号进行分析和比较，调节相关参数，确保设备按照预定转速运行。
二、位置控制除了转速控制，直流测速发电机还可以用于位置控制。
在这种情况下，直流测速发电机可以作为位置传感器来使用。
通过测量输出的位置信号，控制系统可以准确地判断和控制执行机构的位置。
通过与其他控制元件的配合，如电机驱动器等，系统可以实现精准的位置调节和控制。
三、闭环反馈直流测速发电机在自动控制系统中的另一个重要作用是提供闭环反馈。
在自动控制系统中，闭环反馈是实现精确控制的关键之一。
直流测速发电机作为转速传感器，通过实时监测系统的转速，并将数据反馈给控制器，控制器根据这些数据进行实时调节。
通过不断比较实际转速与目标转速，系统可以快速响应，及时调整控制参数，保持系统的稳定性和高效性。
四、故障诊断直流测速发电机还可以用于故障诊断。
在自动控制系统中，故障的发生会导致系统运行的异常或失控。
通过监测直流测速发电机的输出信号，控制系统可以检测出异常值或故障信号，并及时采取措施，以避免进一步的故障。
直流测速发电机的故障诊断功能可以帮助控制系统实现故障的自动排除和修复，提高系统的可靠性和稳定运行时间。
总结来说，直流测速发电机在自动控制系统中主要起到转速测量、位置控制、闭环反馈和故障诊断等重要作用。
测速发电机工作原理
测速发电机工作原理:(一)、直流测速发电机工型式1、永磁式其定子磁极由永久磁钢做成，没有激磁绕组。
2、电磁式其定子激磁绕组由外部电源供电，通电时产生磁场。
永磁式电机结构简单，省掉激磁电源，便于使用，并且，温度变化对激磁磁通的影响也小。
但永磁材料价格较贵，帮常应用于小型测速成发电机中。
(二)、自动控制系统对直流测速发电机的要求自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。
据此，直流测速成发电机在电气性能方面应满足以下几项要求：1、输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性；2、温度变化对输出特性的影响要小；3、输出特性的斜率要大；4、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；5、正，反转两个方向的输出特性要一致，实际应用中一般都是不一致的，稍有差别。
不难理解，第3项要求是为了提高测速成发电机的灵敏度。
因为输出特性斜率大，即是速度变化相对的电压变化大，这样，测速成机的输出对转速的变化很灵敏。
第1、2、4、5项的要求是为了提高测速成发电机的精度。
因为只有输出电压和转速成线性关系，并且正、反转时特性一致，温度变化对特性的影响越小，输出电压越稳定，则输出电压就越能精确地反映转速，这样才能对提高整个系统的精度有利。
(三)、直流测速发电机的误差及其减小的方法1、温度影响：电机周围环境温度的变化以及电机本身发热都会引起电机绕组电阻的变化。
当温度升高时，激磁绕阻电阻增大，激磁电流减小，磁通也随之减小，输出电压就降低。
反之，当温度下降时，输出电压便升高。
处理方法：在激磁回路中串联一个阻值比激磁绕阻电阻大几倍的附加电阻来稳流，这样，尽管温度升高将引起激磁绕组电阻增大，但整个激磁回路的总电阻增加不多。
附加电阻可以用温度系数较低的合金材料制成。
2、电枢反应：测速运行时，其电枢绕组的电流产生电枢磁场，它对激磁绕组磁场有去磁效应。
而且负载电阻越小或是转速越高，负载电流就越大，去磁作用就越明显，造成输出特性曲线非线性误差增加。
直流测速发电机的基本结构和工作原理
正比，因此只要用一个直流压表就可测出速度大
小及方向
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结构
原理 课堂练习
Block Diagram
基本结构 工作原理
课堂练习
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结构原理 课堂练习流测速发电机的结构直流测速发电机的外形如图所示，其结构与直 流伺服电机基本相同，定子装有励磁绕组，加 直流励磁电压。电枢有有槽电枢、无槽电枢、 空心杯电枢、印刷绕组电枢等，电枢接测量仪 器或仪表。
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结构
原理 课堂练习
1.直流测速发电机的结构与直流伺服电机基本相同，
定子装有
，加
。电
枢有有槽电枢、无槽电枢、
电枢、印
刷绕组电枢等，电枢接
或仪表。
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结构
原理 课堂练习
课堂练习——原理
1、直流测速发电机的电枢静止时，不会产生感
应电动势，输出电压为
；电枢转动时，电
枢切割磁力线，产生感应电动势，输出电动势和
与 成正比。由于输出电压与转子的转速成
直流测速发电机的原理
直流测速发电机的工作原理如图，电枢静止时，不会 产生感应电动势，输出电压为零；电枢转动时，电枢 切割磁力线，产生感应电动势，输出电动势和输出电 压与转速成正比。由于输出电压与转子的转速成正比， 因此只要用一个直流压表就可测出速度大小及方向。
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结构
原理 课堂练习
课堂练习——结构
实验一 永磁式直流测速发电机
实验一永磁式直流测速发电机测速发电机是一种测量转速信号的元件，它将转入的机械转速变换为电压信号转出，且转出电压与转速成正比。
在自动控制系统中用作测量元件和反馈元件，用以测量转速或调节和稳定转速。
测速发电机有交、直流两大类，交流测速发电机有异步和同步之分，直流测速发电机根据励磁方式不同，又可分为永磁式和他励磁式之分，本书使用的是永磁式直流测速发电机。
一、实验方法按图1-1接线。
图中直流电机M选用DJ25作他励接法，永磁式直流测速发电机为HK10，Rf1选用900Ω阻值分压接法， RZ选用10KΩ/2W电阻，把Rf1调至输出电压最大位置，电压表选择直流电压表的20V档，S选择控制屏上的开关并断开。
图1-1 直流测速发电机接线图RZ=∞空载时永磁式直流测速发电机的输出特性测定①接通电源总开关，按下控制屏上方的“启动”按钮，开启控制屏左下方的励磁电源开关，先接通励磁电源，再接通电枢电源，并调电源屏左侧调压器旋钮使电枢输出DC220V，使电动机M运行，调节电阻Rf1使转速达2400 r/min，减小电枢电源输出电压和Rf1逐渐使电机减速，每300 r/min记录对应的转速和输出电压。
②共测取8-9组，记录于表1-1中。
③数据测取完后，先不要停机和改变接线，直接进入到下一个实验。
3、RZ=10 kΩ时永磁式直流测速发电机的输出特性测定合上负载开关S，接通测速发电机TG的负载电阻RZ重复上面步骤，记录8-9组数据于表1-2中。
4、RZ=10KΩ//20KΩ=6.7kΩ时永磁式直流测速发电机的输出特性测定①接通电源总开关，按下控制屏上方的“启动”按钮，开启控制屏左下方的励磁电源开关，先接通励磁电源，再接通电枢电源，并调电源屏左侧调压器旋钮使电枢输出DC220V，使电动机M运行，调节电阻Rf1使转速达2400 r/min ，减小电枢电源输出电压和Rf1逐渐使电机减速，每300 r/min 记录对应的转速和输出电压。
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机是一种利用机械能转化为电能的设备，其工作原理是基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力的作用。
当直流测速发电机的转子旋转时，磁场也随之旋转。
这个旋转的磁场会穿过定子线圈，从而在定子线圈中产生电动势。
这个电动势的大小与转子旋转的速度成正比，因此可以通过测量电动势的大小来确定转子的转速。
根据洛伦兹力的作用，当电流通过导体时，会受到一个与磁场垂直的力的作用。
在直流测速发电机中，当电动势产生时，会有一部分电流通过定子线圈，从而受到洛伦兹力的作用。
这个力会使得定子线圈产生一个扭矩，从而驱动转子旋转。
为了保证直流测速发电机的稳定工作，需要通过电刷和集电环来实现电能的输出。
电刷和集电环的作用是将定子线圈中产生的电能传递到外部电路中，从而实现电能的利用。
直流测速发电机是一种利用机械能转化为电能的设备，其工作原理是基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力的作用。
通过测量电动势的大小和利用电刷和集电环实现电能的输出，可以实现对转子转速的测量和电能的利用。
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3.温度变化对输出特性的影响要小。 4.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。 5.正，反转两个方向的输出特性要一 致。
控制电机
三、输出特性
Ia Uj Ea R L
由直流电机电势公式得：
Ea=Ceфn=Ke n Ua
在图示正方向下得：
Ua=Ea-IaRa Ia=Ua/RL
第 1 章 直流测速发电机
中国矿大信电学院
第1章
直流测速发电机
1.1 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 1.3 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 1.5 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
第1章
本 章 要 求：
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 ： Ea = Ceфn=Ke n
由上可知：1.电刷两端的感应电势与 电机的转速成正比。2.直流发电机能够把 转速信号换成电势信号，从而用来测速。
控制电机
二、自动控制系统对测速发电机的要求： 1.输出电压与转速的关系曲线（即输 出特性）应为线形。 2.输出特性的斜率要到大。
三、其它影响
除了以上两种原因引起输出特性的误差 外，还有延迟换向去磁、电势的纹波以及电 刷接触压降等都会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。
1.4 直流测速发电机的性能指标及使用
一、主要性能指标
1、线性误差 在工作转速范围内， 输出电压与理想输出电压 之差对最大理想输出电压 之比
控制电机
放大器 放大器是以晶体管V2 为核心组成。二 极管VD4 、VD5 、VD6 用作双向限幅保护， 以避免V2 的发射结承受过高的电压。给定 电压与转速反馈电压通过电阻R6、R7和R8 进行组合，形成输入信号，其值正比于上 述两个电压之差。这个差值经V2 放大后可 影响V2 的集电极电位，对单结晶体管触发 脉冲形成电路进行控制。
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 准具随动系统中 。
控制电机
二、直流测速发电机的工作原理
N
b
+
a c
n
d
A
-
B
S
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d指向c, 因此电刷A为正， B为负
控制电机
当线圈转动180 ,导体cd处于N极下，电 势由c到d，S极下导体电势由a到b，仍然A刷 为正，B刷为负。
控制电机
由V3和R11组成的恒流源，再加上电 容器C6，能产生锯齿波用作移相，如图c 所示。其原理是这样的：设V3和R11恒流源 的恒定电源是I0，恒定电流向C6充电， Uc6=1/C6∫t0I0dt，使C6上的电压上升，当 上升到单结管VU的峰值时单结管导通C6放 电。放电到VU的谷值时又重新充电。而恒 定电流I0的大小又受放大器V2输出电压的 控制。
x U
Um 100%
U(V)
实测值
Um
理论值
o
5 nb一般为 nmax , x一般为 .5%左右 0 6
nb nmax
n
控制电机
2 、输出斜率 在额定的激磁条件下，单位转速（1000r/min） 时产生的输出电压。 3 、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。 额定转速就是最大线性工作转速。 4 、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。 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 数等性能指标。
N
o
d
+
c
n
b
A a
-
B
S
电枢连续旋转，导体 ab.cd轮流交替地切割N极和S 极下的磁力线,ab.cd中产生交 变电势，但是换向器的作用， 使电刷通过换向片只与处于 一定极性下的导体相连接， 从而使电刷两端得到的电势 极性不变，这就是直流发电 机的最基本工作原理。
1.2
直流测速发电机的输出特性
一、基本概念
控制电机
如当V2的输入电压增大，V3的基极电压就 降低，V3更加导通，V3集电极电流I0增大，这 样充放电速度加快，可控硅触发提前，如图d 所示，导通角增大，导致励磁电压增大，如图 e所示；同理V2的输入电压减小时，I0减小， 导致导通角减小，励磁电压减小。可见输入电 压的大小可以控制可控硅的触发时刻。 触发器最终在VU的第一基极通过脉冲变 压器TV输给晶闸管的控制极。二极管VD7用 以短路负脉冲，防止可控硅因控制极出现负 脉冲而击穿。
控制电机
控制电机 滑 差 离 合 器
给 定 Uf 电 压
放
ΔU
大
器
Uc
U-
触 发 UR 电 路
可 控 If 硅 整 流
n
负 载
转速 负反馈
控制电机
控制电机
控制电机
控制电机
1.6
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 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 三、发展永磁式无槽电枢、环形电枢、印
RL2
RL1 >RL2
控制电机
图中实线为 直流测速发电机 理想输出特性， 虚线为实际输出 特性，实际特性 与要求的线性特 性间存在误差， 且该误差与负载 电阻有关。
Ua
RL =无穷大
RL1
RL2 RL1 >RL2
n
1.3 直流测速发电机的误差和减小方法 一 温度的影响
由于电机周围环 境温度的变化以及电 机本身发热，使电机 绕组的电阻发生变化。 温度t 升高，励磁绕 组电阻R 增大，磁通 ф 减小输出电压U 降 低。反之，U 升高。
控制电机
热敏网络参数选择方法： 1）作出励磁绕组电阻随温度变化的曲线； 2）作并联网络电阻随温度变化的曲线。
R 1）
1）温度系数为正;
2）温度系数为负；
2） t
0
当两条曲线的斜 率相等，励磁回路的 总电阻就不随温度而 变化。
控制电机
二 电枢磁场的影响 N
N
S 主磁场
S
电枢磁场
不论转子 转到哪个位置， 电枢导体电流 在空间分布情 况始终不变， 因此电枢磁场 在空间是固定 不动的恒定磁 场。
控制电机
2、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 楚电枢绕组端头和激磁绕组端头，切勿搞错。
S1 F1
F2 S2 3、技术数据
一般标有F1和F2的为 激磁绕组，标有S1和S2的 为电枢绕组。 如果标记看不清或已 脱落，可以用欧姆表或通 低电压的方式加以判断。
测速发电机的技术数据可查有关手册或产品说明书。
控制电机
它以笼型电动机作为原动机，带动与其同轴接连 的电磁离合器的主动部分，离合器的从动部分与 负载同轴连接，主动部分与从动部分没有机械联 系，只有磁路相通。离合器的主动部分为电枢， 从动部分分为磁极，电枢是一杯状铸铜体，磁极 则由铁芯和励磁绕组构成，绕组与部分铁芯固定 在机壳上不随磁极旋转，直流励磁不必经过滑环 而直接由直流电源供电。当电动机带动电枢在磁 极磁场中旋转时，就会感生涡流，涡流与磁极磁 场作用产生的转矩将使电枢牵动磁极拖动负载同 向旋转，通过控制励磁电流改变磁场强度，使离 合器产生大小不同的转矩，从而达到调速的目的。
控制电机
二、直流测速发电机的使用
1、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 考虑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， 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。
1.5
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 算装置中可以作为测速元件、校正元件、 解算元件和角加速度信号元件。它可以测 量各种机械在有限范围内的摆动或非常缓 慢的转速，并可代替测速计直接测量转速。
作为系统的阻 大 器 解 调 器 直 流 放 大 器 测速发电机 可控 硅控 制线 路 雷达接收器
+
n
定 子 铁 心
-
S
励 机 端 电 电 换 电 转 磁 枢 向 枢 绕 绕 器 铁 组 壳 盖 刷 组 心 轴
控制电机
控制电机
控制电机
励磁方式：电磁式和永磁式
直流永磁电机
直流永磁电机
控制电机
永磁直流测速发电机
控制电机
永 磁 直 流 测 速 发 电 机
控制电机
2577稀土直流伺服测速机组
直流测速发电机
熟练掌握直流测速发电机的工作原理。 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。 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。 熟练掌握直流测速发电机的应用。
1.1
直流测速发电机的原理和结构
直流电机
N
一、直流测速发电机的结构
定子 空 气 隙 转子
刷绕组电枢直流测速发电机
控制电机
给定电压环节 给定电压环节起始于变压器TC副边5端、6 端间的绕组。24V的交流电压经VD2、整流并经 C2、R2、C3滤波和VZ稳压，得到16V的直流电 压。最后由R5和RP4“定速”档的转速。“运转 ”、“定速”由中间继电器KA3控制。
控制电机
转速反馈环节
ZLK－10自动调速系统是采用三相交流 测速发电机BR对转速进行采样。所得交流 经VD8－VD13整流和C8、R13、RP2、RP3滤 液后，得到反馈电压，经过R8传至放大器的 输入端。由于不同测速发电机灵敏度之间存 在差异，所以采用RP2 对反馈电压进行调节。 转速表PV的刻度值依靠RP3调节。电容器C7 用于减轻反馈电压的脉动，有利于调速系统 动态稳定性的提高。