直流测速发电机..34页PPT
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直流测速发电机
图 2 - 6 描绘了电刷A、 B之间输出电势随时间变
化的曲线。 图中曲线 1 和 2表示相邻两个元件的电势， 因为元件空间位置夹角90°， 则元件电势时间相位差 90°。 电刷电势是支路中两个元件电势曲线之合成， 即曲线 3。 与图 2 - 2(b)比较可见， 此时输出电势平均 值变大， 脉冲相对来说变小。 可以推论， 如果电枢表 面槽数增多， 元件数增多， 则电刷间串联的元件数增 多， 输出电势的平均值将更大， 脉动更小， 就得到大 小和方向都不变的直流电势。
定子由定子铁心、 励磁绕组、 机壳、 端盖和电刷装置
等组成。 转子由电枢铁心、 电枢绕组、 换向器、 轴 等组成。 一般小型电机的轴是通过轴承支撑在端盖上
的。 直流电机的基本结构示意图如图 2 - 8 所示。
第2章 直流测速发电机
图 2 - 8 直流电机结构简图
第2章 直流测速发电机
电机主要零部件的基本结构和作用如下：
第2章 直流测速发电机
当励磁电流流过励磁绕组时， 磁通便由N极出来，
经过空气隙及电枢， 进入S极， 然后分别从两边的磁 轭回到N极， 形成闭合回路。 在直流电机中， 磁极和 电枢之间的气隙是不均匀的， 在极中心部分最小， 在 极尖处较大， 因此， 电枢表面各点的磁通密度也不同。 在极中心下面磁通密度最大， 靠近极尖处逐渐减小， 在极靴范围以外则减小很快， 在几何中心线上则等于 零。 若不考虑电枢表面齿槽的影响， 在一个磁极下面， 电枢表面各点磁通密度的分布情况如图 2 - 14 所示。
第2章 直流测速发电机
2.2 直流电势的关系式
在讨论直流发电机工作原理时曾经指出， 当电刷 A、 B通过换向片与几何中心线上的导体相连接时， 电刷A、 B就把处于一个磁极下元件的电势串联起来， 因此电刷间的电势应该等于正负电刷所连接的导体的 电势之和， 即
控制电机 绪论和直流测速发电机PPT
RL=
RL1 RL2
RL越小、n 越大，误差越大n
图 2 - 22 直流电机磁场
Ua
原因：延迟换向
影响：对主磁通有去磁作用
措施：限制最高工作转速。
0
n
图 2 - 24 元件的换向过程
图 2 - 25 换向元件中的电势
原因：纹波 影响：不利于阻尼和速度控制 措施：无槽电枢直流
原因：电刷接触压降 影响：Ra不为常数 措施：石墨电刷，铜电刷
发电机的工作原理
两极发电机模型
图 2 - 2 磁场分布和电刷电势
图 2 - 6 电刷输出电势 图 2 - 3 实际电机模型
2工作原理及结构
机座 — 起支撑作用; 作为部分磁路
定 子
主磁极 — 产生主磁通 换向极 — 产生附加磁场，
改善换向
电刷 — 引入或引出直流电
电枢绕组 — 产生感应电动势
转 电枢铁心 —其槽孔中放置电枢绕组 子 换向器 — 与电刷一起，共同完成
➢控制电机的用途？ 广泛应用于军事装备、电子产品、工业自动控制系统、 家用电器、办公自动化、通讯和交通、电动工具、仪器 仪表、电动玩具等方面。
✓航空航天：卫星天线，飞机的方向舵 ✓现代交通运输：汽车电机
✓国防：火炮自动瞄准、飞机军舰自动导航、导弹遥 测遥控、雷达自动定位等；
✓工业：机器人，机床加工过程的自动控制和自动显示
因素：电刷和换向器材料； 电刷的电流密度； 电流的方向； 电刷单位面积上的压力； 接触表面的温度； 换向器圆周线速度； 换向器表面的化学状态和机械方面。
6直流测速发电机的性能指标
线性误差ΔU%
最大线性工作转速nm 输出斜率Kg 最小负载电阻RL 不灵敏区Δn 输出电压的不对称度
第2章直流测速发电机
第二章直流测速发电机Chapter two DC Tachogenerator 2.1 直流电机基本结构和工作原理（The Structure and Principle of a DC Machine）直流发电机工作原理直流电动机工作原理2.2 直流电机的电势和电磁转矩（EMF and MMF of DC machine ） 电势：n a pN n C E e a φφ60== 电磁转矩：a a T I apN I C T φπφ2== 磁场分布和电刷电势图2 - 13 直流电机磁路 图2 - 14 气隙中磁通密度分布图()()lv B e θθ=图 2 - 2 磁场分布和电刷电势2.3 直流测速发电机(DC Tachogenerator )PRINCIPLE OF OPERATION :The DC Tachogenerator is a speed transducer, which develops DC voltage proportional to speed of the motor connected to it. Permanent Magnetic field eliminates the need of external excitation and offers extremely reliable and stable outputs. The accuracy of the tachogenerator decides the maximum accuracy of speed of the controlled machine. They are widely used for feedback and display purposes. 直流测速发电机及其输出特性1) 对直流测速发电机要求：（1）输出电压与转子转速之间的关系（称为输出特性）应为线形，如图2-17；图2-17 测速发电机的理想输出特性（2）输出特性的斜率要大；（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；（5）正、反转两个方向的输出特性要一致。
测速发电机ppt资料
第五页，编辑于星期五：十四点 十分。
以频率f交变的切割电动势与其转子绕组
所切割的直轴磁通 、 切d 割速度n及由电机本
身结
为
构
决定
的
电动势
常数Ce
有关，它的
有
效值
EqCed n
（8-1）
以频率f交变的输出绕组感应电势，与输出绕
组交链的交轴磁通
它的有效值E2为
及输出绕组 q的匝数N2有关，
由此看出，当励E磁2 电4压.4U4ff及N2 频q率f恒定时有（8-2）
（8-3）
机可以即将E其2与转nE 速成2值 正 一比q一关 对系Iq应。 地E 可q转见 换，n成异输步出测电速压发值电。
输出出特电性压，U如2与图转9.速6所的示关。系实曲际线上，由于存称在为漏输 阻抗、负载变化等问题，直轴磁通 是变化
的，U输2 出f(电n) 压与转速不是严格的正比关系， 输出特性呈现非线性，如图8.6中曲线1所示。
1—空心杯转子；2—外定子；3— 内定子；
4—励磁绕组；5—输出绕组
图8.4 空心杯转子测速发电机结构
第三页，编辑于星期五：十四点 十分。
2．基本工作原理
异步测速发电机的工作原理
可励以磁由绕图组8，.5N来2是说输明出。绕图 组中 N。1 由是 于转子电阻较大，为分析方便 起见，忽略转子漏抗的影响， 认为感应电流与感应电动势同 相位。 电发 电压给机U励f的恒磁气定绕隙的组中单N便相1会交加生流频成电率一，f 恒个测定频速， 率向为（f即、方d轴向方为向励）磁的绕组脉N振1轴磁线动方势 及相应的脉振磁通，分别称为 励磁磁动势及励磁磁通。
a
（8-5） R 第它三的页 励，磁编绕U辑组于电星阻期会E五因：电十机四工点作C温十e度分的。变n化而变化，使励L磁电流及其生成的磁通随之变化，产生线性误差。
以频率f交变的切割电动势与其转子绕组
所切割的直轴磁通 、 切d 割速度n及由电机本
身结
为
构
决定
的
电动势
常数Ce
有关，它的
有
效值
EqCed n
（8-1）
以频率f交变的输出绕组感应电势，与输出绕
组交链的交轴磁通
它的有效值E2为
及输出绕组 q的匝数N2有关，
由此看出，当励E磁2 电4压.4U4ff及N2 频q率f恒定时有（8-2）
（8-3）
机可以即将E其2与转nE 速成2值 正 一比q一关 对系Iq应。 地E 可q转见 换，n成异输步出测电速压发值电。
输出出特电性压，U如2与图转9.速6所的示关。系实曲际线上，由于存称在为漏输 阻抗、负载变化等问题，直轴磁通 是变化
的，U输2 出f(电n) 压与转速不是严格的正比关系， 输出特性呈现非线性，如图8.6中曲线1所示。
1—空心杯转子；2—外定子；3— 内定子；
4—励磁绕组；5—输出绕组
图8.4 空心杯转子测速发电机结构
第三页，编辑于星期五：十四点 十分。
2．基本工作原理
异步测速发电机的工作原理
可励以磁由绕图组8，.5N来2是说输明出。绕图 组中 N。1 由是 于转子电阻较大，为分析方便 起见，忽略转子漏抗的影响， 认为感应电流与感应电动势同 相位。 电发 电压给机U励f的恒磁气定绕隙的组中单N便相1会交加生流频成电率一，f 恒个测定频速， 率向为（f即、方d轴向方为向励）磁的绕组脉N振1轴磁线动方势 及相应的脉振磁通，分别称为 励磁磁动势及励磁磁通。
a
（8-5） R 第它三的页 励，磁编绕U辑组于电星阻期会E五因：电十机四工点作C温十e度分的。变n化而变化，使励L磁电流及其生成的磁通随之变化，产生线性误差。
直流测速发电机
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。
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。
三、输出特性
触发电路 单结晶体管触发电路的电源是由V1、VD3、R4与变压器TC的6、7绕组组成。TC的6、7端输出3V交流电压，当为负半周期时，V1截止，V1集射极间电压为16V，如图a所示；当7．6端输出为正半周期时，经VD3整流后加到V1的集射极上使V饱1和导通，Vcel=0，放大器与触发电路不能工作，如图b所示。
第1章 直流测速发电机
本 章 要 求：
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。
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性能指标。
1.1 直流测速发电机的原理和结构
一、直流测速发电机的结构
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。
3、技术数据
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。
（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。
具体方法：
2）温度系数为负；
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。
第2章 直流测速发电机
电磁式直流测速发电机的定子励磁绕组由外部 电源供电， 通电时产生磁场， 电源供电， 通电时产生磁场， 以图 2 - 16 所示的 符号表示。 符号表示
第一章 直流测速发电机
图 2 - 16 电磁式直流测速发电机
第一章 直流测速发电机
2.3.2 自控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， 自动控制系统对其元件的要求， 主要是精 确度高(2)、 灵敏度高(1,3,4,5)、 可靠性好等。 据 可靠性好等。 此， 直流测速发电机在电气性能方面应满足以 下几项要求： 几项要求： (1) 输出电压与转速的关系曲线(称为输出特性) 输出电压与转速的关系曲线(称为输出特性) 应为线性， 如图 2 - 17 所示； 所示； 应为线性， (2) 输出特性的斜率要大； 输出特性的斜率要大； (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；
第一章 直流测速发电机
减少纹波影响的措施： 减少纹波影响的措施： 纹波电压的存在对于测速机用于阻尼或速度 控制都很不利， 控制都很不利， 实用的测速机在结构和设计上 都采取了一定的措施来减小纹波幅值。 例如， 都采取了一定的措施来减小纹波幅值。 例如， 无槽电枢直流电机可以大大减小因齿槽效应而 引起的输出电压纹波幅值， 与有槽电枢相比， 引起的输出电压纹波幅值， 与有槽电枢相比， 输出电压纹波幅值可以减小五倍以上。 输出电压纹波幅值可以减小五倍以上。
转图2-19
实际上，测速发电机的输出特性U 实际上，测速发电机的输出特性Ua=f(n)不是严格 地呈线性特性， 地呈线性特性， 实际特性与要求的线性特性间存在误 差。 下一节将分析引起误差的原因和减小误差的方法。 下一节将分析引起误差的原因和减小误差的方法。
第一章 直流测速发电机
第四章直流测速发电机和直流伺服发电机
第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1)
图５
3.纹波电压 Ku=1/2(Emax －Emin) /Eav100% 输出电压交流 分量与直流分 量之比最高为 １％．
三、传递函数和动态特性 若将直流测速发电机理想化，即不考 虑电枢回路的电感、电枢反应和电刷 的接触压降，由上节已知其输出电压 表达式是 U＝un · u’n · n＝ Ω 对上式两边取拉氏变换，即可求出直 流测速发电机的传递函数 W(s)＝U(s)/ Ω(s)= u’n
转速下降是由电枢电阻电 压降引起的，因伺服电动 机电枢电阻较大，所以转 速下降较大。当考虑电枢 反应的去磁作用，磁通Φ 将略有下降，这就使转速 下降稍小些。 特性曲线表明以下点： (1)当n =0时，Tem = Tst，称为启动转矩或堵 转转矩Td。 (2)当Tem =0时,n=no， 称为理想空载转速。
第四章 直流测速发电机和直流伺服发电机
直流测速发电机和直流伺服电动机属 于控制电机。在自动控制系统中，直 流伺服电动机用作执行元件，直流测 速发电机用作信号元件。 控制电机的功率一般都在几百W以下， 最小的不到1 W。外形尺寸也较小，机 壳外径一般不大于160 mm。
第四章 直流测速发电机和直流伺服发电机
第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(2)
与交流伺服电动机相比，它在 控制方便，工作特性线性度好 等方面有着突出的优点，因此 目前在要求高的调速装置的控 制系统中，都是选用直流电动 机与整流型（或直流斩波型） 调速装置组合使用。
第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(2)
它的缺点是：有换向器和电刷的滑 动接触，接触电阻的变化使工作性 能的稳定性受到影响；电刷下的火 花使换向器需要经常维护，又不能 在易爆炸的地方使用，且产生无线 电干扰，又因控制电源是直流，使 得放大元件变得复杂。
直流测速发电机
第2章 直流测速发电机
直流测速发电机
2.1 直流发电机工作原理和结构 2.2 直流电势的关系式 2.3 直流测速发电机及其输出特性 2.4 直流测速发电机误差及其减小的方法 2.5 直流测速发电机的应用 2.6 直流测速发电机的性能指标
2.7 直流测速发电机的发展趋势
2.1 直流发电机工作原理和结构
个常数。 电刷接触压降ΔUb与下述因素
Ua
Cen Ub 1 Rs
n
有密切关系:
RL
① 电刷和换向器的材料； ② 电刷的电流密度； ③ 电流的方向； ④ 电刷单位面积上的压力； ⑤ 接触表面的温度； ⑥ 换向器圆周线速度； ⑦ 换向器表面的化学状态和机械
方面的因素。
直流测速发电机
换向器圆周线速度对ΔUb影响较 小， 在小于允许的最大转速范围 内， 可认为速度不会引起ΔUb的 变化。
但是随着转速的升高，电枢电流Ia 增大，电刷电流密度增加。当电刷 电流密度较小时，随着电流密度的 增加，ΔUb也相应地增大。
当 电 流 密 度 达 到 一 定 数 值 后 ， 考虑电刷接触压降后的输出特性 ΔUb几乎等于常数。
在转速较低时，输出特性上有一段斜率显著下降的区域。 此区域内， 测速机虽有输入信号(转速)， 但输出电压很小， 对转速的反应很不灵敏， --不灵敏区。
采用接触压降较小的银—石墨电刷。
在高精度的直流测速发电机中还采用铜电刷， 并在 表面上镀上银层， 使换向器不易磨损。
2.5 直流测速发电机的应用
直流测速发电机
测速发电机在自动控制系统中作为测量或自动调 节电动机转速之用；
在随动系统中用来产生电压信号以提高系统的稳 定性和精度；
在计算解答装置中作为微分和积分元件。
西安邮电学院 控制电机 直流测速发电机PPT课件
载运行时， 电机中的磁场是主磁场和电枢磁
场的合成。
•
图 2 - 22(a)是定子励磁绕组产生
的主磁场， 图 2 - 22(b)是电枢绕组产生的
电枢磁场， 图 2 - 22(c)是主磁场和电枢磁
场的合成磁场。
第42页/共91页
图 2 - 22 直流电机磁场
第43页/共91页
负载运行时电机 内的磁场
周期。
第49页/共91页
图 2 - 24 元件的换向过程
第50页/共91页
•
在理想换向情况下， 当换向元件的两个有
电枢磁通和主磁通反向， 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 2 - 22(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。
第45页/共91页
•
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
反向， 由+ia变成-ia。 但是， 在元件经过电刷而 被电刷短路的过程中， 它的电流既不是+ia也不是ia， 而是处于由+ia变到-ia的过渡过程。 这个过程 叫元件的换向过程。 正在进行换向的元件叫换向元
件。 换向元件从开始换向到换向终了所经历的时间
为换向周期。
第48页/共91页
•
参看图 2 - 24。 从图 2 - 24(a)到图 2
第32页/共91页
• 测速发电机电刷两端接上负载电阻RL后， RL两端 的电压才是输出电压。 由图 2 - 18 可知， 负载 时测速发电机的输出电压等于感应电势减去它的 内阻压降， 即
• (2 - 12)
Ua=Ea-IaRa
直流测速发电机的优缺点共59页PPT
Thank you
Байду номын сангаас
直流测速发电机的优缺点
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Байду номын сангаас
直流测速发电机的优缺点
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
直流测速发电机的工作原理
Ia
=
Ua RL
（3-4）
经化简后为
U a= Ea
−
U R
a L
Ra
Ua
=
Ea
1+
Ra RL
=
Ke
1+
Ra RL
n = Cn
（3-5）
式中
C
=
Ke
1+
Ra RL
C 为测速发电机输出特性的斜率。当不考虑电枢反应，且认为Φ、 Ra 和 RL 都能保持为常
数，斜率 C 也是常数，输出特性便有线性关系。对于不同的负载电阻 RL ，测速发电机输出特性
（1）输出电压与转速保持良好的线性关系； （2）剩余电压（转速为零时的输出电压）要小； （3）输出电压的极性和相位能反映被测对象的转向； （4）温度变化对输出特性的影响小； （5）输出电压的斜率大，即转速变化所引起的输出电压的变化要大； （6）摩擦转矩和惯性要小。 此外，还要求它的体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通讯的干扰小、噪声 小等。
1
此外，还有性能和可靠性更高的无刷测速发电机。
§3-2 直流测速发电机
一、直流测速发电机的型式 直流测速发电机实际上是一种微型直流发电机。按励磁方式可分为两种型式。 １．电磁式 表示符号如图 3-2（a）所示。定子常为二极，励磁绕组由外部直流电源供电，通电时产生 磁场。目前，我国生产的 CD 系列直流测速发电机为电磁式。 2．永磁式 表示符号如图 3-2（b）所示。定子磁极是由永久磁钢做成。由于没有励磁绕组，所以可省 去励磁电源。具有结构简单，使用方便等特点，近年来发展较快。其缺点是永磁材料的价格较 贵，受机械振动易发生程度不同的退磁。为防止永磁式直流测速发电机的特性变坏，必须选用 矫顽力较高的永磁材料。目前，我国生产的 CY 系列直流测速发电机为永磁式。