直流测速发电机(第1章)
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。
浅谈直流测速发电机
忽略 电枢反应 的影响 ，则输 出电压为
Ｕ＝ Ｅ 。 一 ， Ｒ＝ Ｅ ａ 一 ÷Ｒ
（ ２ ）
发 电机 分直流测速发 电机和交流测速发 电机两大类。
实际上 ，直流 测速发 电机 在负 载运行 时 ，输 出 电 压与转速 并不能保 持严格 的正 比关 系 ，存 在误差 ，引
起误差的主要 原因有 ： １）电枢反 应 的 去磁作 用 ；当测速 发 电机带 负 载
小 失 灵 区 ，直 流测 速 发 电机 常 选 用接 触 压 降较 小 的 金 属一 石墨 电刷 或铜 电刷 。３）温度 的影 响 ；对 电磁
４ 直流测速发 电机 的应 用
时 ，电枢 电流 引起 的 电枢 反 应 的 去磁 作 用 ，使 发 电
机 气 隙 磁 通 减 小 。 当转 速 一 定 时 ，若 负 载 电 阻越 小 ，则 电枢 电流越 大 ；当负 载 电阻 一 定 时 ，若 转 速 越 高 ，则 电动 势越 大 ，电枢 电流也 越 大 ，它 们 都使 电枢反 应 的 去磁 作 用增 强 ，气 隙磁 通 减 小 ，输 出 电
即 ＝Ｅ ＝Ｋ 。由此可知 ，测速发电机的输出电压 与
电机的转速 成正比 ，即测速发 电机输出电压反映了转速
的大小。因此 ，直流测速发 电机可以用来 测速 。
２ 直流测 速发电机的输 出特性
的转动惯 量要 小 ，以保证测速 的快速 性 ；３ ）测速发 电 机的灵敏 度要高 ，较小的转速变化也能引起输 出电压有
１ Ｒ ＋ ／ Ｒ
口 ￡
：Ｃ
（ ３
ｕ ／
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。
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
《控制电机1~11章》答案解读
第二章直流测速发电机1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。
由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A 始终与处在N 极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。
2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B 电刷的极性如何?答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a, S极下导体cd中电势由d指向c。
电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B 与线圈的d 端相接触,故此时A 电刷为正, B 电刷为负。
当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下,这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反, 于是线圈电势的方向也变为由a 到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。
3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组（见图2 - 3）的电刷放在磁极轴线上? P9-104. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。
而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL 正比于单位时间内换向元件电流的变化量。
基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL x n2。
同样可以证明ea x n2。
因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。
直流电机PPT精品课件
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
直流发电机和并励电动机实验
第一章直流电机实验1-1 认识实验一、实验目的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、预习要点1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?4、直流电动机调速及改变转向的方法。
三、实验项目1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序12、控制屏上挂件排列顺序D31、D42、D41、D51、D31、D44五、实验说明及操作步骤1、由实验指导人员介绍DDSZ -1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、用伏安法测电枢的直流电阻图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图（1）按图1-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。
A 表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A 档。
开关S 选用D51挂箱。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V 。
调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。
将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取电U 、I 三组数据列于表1-1中。
（3）增大R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用同样方法测取六组数据列于表1-1中。
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。
直流测速发电机
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.2 电枢反应
1、电机的磁场
10
n
主磁场0
电枢磁场a
合成磁场
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.2 电枢反应
2、电枢反应
限制负载电阻最小值，并保持负载电阻的稳定；
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.3 延迟换向去磁 1、换向过程 2、延迟换向
15
3、延迟换向对特性的影响
4、减小误差的措施
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.3 延迟换向去磁 1、换向过程
定义：
I IB v n v
式中
K e Ce
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.1 温度的影响
3、减少温度影响的方法 2）减小温度对磁场的影响； 基本方法： （1）采用永磁式测速发电机
Uj Ri
/
9
Ra Ia Ea
=f (Ij)
较饱和
//
Ua
非饱和
RL
I
I
Ij
（2）采用励磁电机的方法
29
U a k ( )
有测速电机
d U a k1 ( ) k2 dt
2 直流测速发电机
2.5 在控制系统中的主要应用
2.5.3 在控制系统中作微分或积分解算元件
微分元件：
输出电压——等于其输出转角的微分；
30
d Ua dt
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。
测速发电机
测速发电机输出电动势与转速成比例的微特电机。
测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即E=nK,K是常数。
改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。
在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。
简介（tachogenerator ）为保证电机性能可靠，测速发电机的输出电动势具有斜率高、特性成线性、无信号区小或剩余电压小、正转和反转时输出电压不对称度小、对温度敏感低等特点。
此外，直流测速发电机要求在一定转速下输出电压交流分量小，无线电干扰小；交流测速发电机要求在工作转速变化范围内输出电压相位变化小。
测速发电机广泛用于各种速度或位置控制系统。
在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。
测速发电机分为直流和交流两种。
一、直流测速发电机1.直流测速发电机原理直流发电机的工作是基于电磁感应定律，即：运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电势；或者说匝链线圈的磁通发生变化，在线圈中发生感应电势。
2.直流测速发电机分类按照励磁方式划分，直流测速发电机有两种型式。
有永磁式和电磁式两种。
其结构与直流发电机相近。
A.永磁式采用高性能永久磁钢励磁，受温度变化的影响较小,输出变化小，斜率高,线性误差小。
这种电机在80年代因新型永磁材料的出现而发展较快。
B.电磁式采用他励式，不仅复杂且因励磁受电源、环境等因素的影响，输出电压变化较大，用得不多。
用永磁材料制成的直流测速发电机还分有限转角测速发电机和直线测速发电机。
它们分别用于测量旋转或直线运动速度，其性能要求与直流测速发电机相近，但结构有些差别。
1. 永磁式直流测速发电机永磁式直流测速发电机的定子磁极由永久磁钢做成，没有励磁绕组，结构组成定子：永久磁钢做成励磁磁极，外壳、碳刷支架、碳刷、接线盒、轴承。
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控制电机
Tem1
N1 Tem2
N2 n2 S2 S1
n1
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 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。
给定
控制器
控制电机 电磁滑差 磁极 离合器 电枢
L
信号处 理电路 测速发电机
M
直流励 磁绕组
下面以测速发电机在速度控制系统中作为 转速负反馈元件调节电动机的转速，以稳定系 统的转速为例，介绍测速发电机的使用。
控制电机
电磁滑差离合器的异步调速系统
电磁滑差 磁极 离合器 电枢
给定
控制器
L
信号处 理电路 测速发电机
M
直流励 磁绕组
Uu Uv
Uw
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。
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。
S1 F1
一般标有F1和F2的为 激磁绕组，标有S1和S2的 为电枢绕组。
F2 S2
如果标记看不清或已 脱落，如何判断？
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。
TL
2、励磁电流越小特性越软。 3、对恒转矩负载，电磁滑差离 合器本身的调速范围小。
给定
+ -
控制器 UC
控制电机 电磁滑差 磁极 离合器 电枢
L
Ua
测速发电机
M
直流励 磁绕组
Uu Uv Uw
信号处 理电路
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 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10：1。 该系统采用测速发电机检测速度，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 闭环特性，从而实现调速。
给定
控制器
控制电机 电磁滑差 磁极 离合器 电枢
L
信号处 理电路 测速发电机
M
直流励 磁绕组
Uu Uv Uw
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 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 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方向旋转。
控制电机
o
当线圈转动180 ,导体cd处于N极下，电 势由d到c ，S极下导体电势由a到b，仍然A刷 为正，B刷为负。
N
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。
+
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
直流电机的定子
控制电机
直流电机的转子
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
If
Ia
Uj
Ea Ua
RL
控制电机
减小误差的考虑：
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。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 的影响。 If
Uj
Ia U RL E
控制电机
2577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 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c指向d, 因此电刷A为正， B为负
Uu Uv Uw
电磁滑差离合器的电枢与磁极必须有转差，才能产 生电磁转矩，所以叫电磁滑差离合器。 调节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。
控制电机 电磁滑差离合器的机械特性
n
If1 <If2<If3<If4
机械特性特点： 1、励磁固定时，负载转矩增加， If3 If4 If1 If2 Tem 转速下降很大，即特性软。
原理动画
1.2
直流测速发电机的输出特性
一、基本概念
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）应为线性。 2.输出特性的斜率要大。
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1； 2）作并联网络电阻随温度变化 的曲线2。
R 3 1 2
R(t)
Uf
R
Rf(t)
曲线1温度系数为正; 曲线2温度系数为负； 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,曲 线3 。
0
t
控制电机
二 电枢磁场的影响 N
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 中的用途来选择。 1）当作为运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； 2）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。
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：
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
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
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
刷绕组电枢直流测速发电机
控制电机
作业：1、2-4 (p26)
2、查找一个带直流测速发电机的自控系 统，分析其工作原理。
N
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。
S 主磁场
S
电枢磁场
控制电机
减小误差的考虑：
电枢磁场产生附加去磁作用，负载时的气 隙磁通较空载时小，从而产生误差。 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， 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。 N Ua
具体方法： (1）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。
Ia
Uj
EU
附加电阻用温度系数较低的合金材料制成， 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。 (2)如果对于温度变化引起的误差要求比较 严格时，可在励磁回路串联负温度系数的热敏 电阻并联网络。
n
S
控制电机
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 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。 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。 Ia
负载时测速发电机的输出电压为：
C e Ua n 1 Ra / RL
控制电机
输出特性曲线：
Ua
RL =无穷大
C e Ua n 1 Ra / RL
RL1
由上式知：若Φ、 RL 、 Ra 都能保持常数，则 Ua n
但随RL减小， 特性斜率变小，实 际特性与理论特性 间存在误差。 n