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一、直流发电机工作原理和结构
1、工作原理
基于电磁感应定律 运动导体切割磁力线，在导体
中产生切割电势 匝链线圈的磁通发生变化，在
线圈中产生感应电势
第2章 直流测速发电机
一、直流发电机工作原理和结构
1、工作原理
两极电机模型 整个线圈电势是两个有效边电势之和 A 电刷为正， B 电刷为负
２、直流电势的形成
图为实际电机的模型 电枢铁心表面有齿有槽，槽中安
放元件，电枢元件如图
第2章 直流测速发电机
２、直流电势的形成
上层边端线用实线，下层用虚线 上层边出线端称头，下层称尾 头、尾与相邻两个换向片相连 电枢绕组自成闭合回路 电刷把上层边在N 极下的所有元件 串联成一支路，把上层边在S极下的所 有元件串联成另一支路 两条支路并联，两支路电势大小相 等，且反向，相互抵消，闭合回路中 电势为零，无环流。 电刷间有电势输出，且与每条支路 电势大小相等
1、温度影响
电机周围环境温度变化及电机本身发 热引起绕组电阻的变化。温度↑，励磁 绕组电阻↑，励磁电流↓，磁通↓，输 出电压↓；温度↓，输出电压↑。 解决措施： ①磁路被设计得饱和，使励磁电流变化 引起的磁通变化小。②励磁回路中串联 比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳 流，使温度升高对整个励磁回路的总电 阻增加不多。③在励磁回路中串联负温 度系数的热敏电阻并联网络
负载时
U aEaIaR a I aU R L a U aEaU R L aR a
因此，有
Ua
Ea 1 Ra
Ce 1 Ra
n
RL
RL
结论：若Φ 、Ra、RL保持常数，Ua与n呈线
性； 随RL减小，输出特性的斜率变小。
第2章 直流测速发电机
四、直流测速发电机的误差及其减小的方法
电刷两端电势： EBAedaedceba EBAeadeabecd
电枢连续旋转，交替地切割 磁力线 导体中电势及线圈电势是交变的 两极下，每转一圈，电势交变一次 换向器使电刷电势的极性始终不变
第2章 直流测速发电机
２、直流电势的形成 法拉第电磁感应定律： ei Bxlv ei Bx
E asep e p B p lv E asB p lv
Bp为一个磁极的总磁通除以磁极的面积为
电枢表面圆周速度 v D n 60
Bp l
因此，有 ep6 0 D n D / 2p ep2 6 0 p n
电刷间总电势
Ea
s
３、直流电机基本结构
直流电机总体结构：静止部分（定子）、旋转部分（转子） 定子：定子铁心、励磁绕组、机壳、端盖和电刷装置 转子：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴 定子和转子之间为空气隙
第2章 直流测速发电机
３、直流电机基本结构
（1）定子铁心和励磁绕组 （2）电枢铁心和电枢绕组 （3）换向器和电刷
2p 60
n
第2章 直流测速发电机
二、直流电势关系式
由于一对电刷所串联的导体数s应等于电刷间每条并联支路中的导 体数，因此，s值等于电枢绕组总导体数 N /电刷间的并联支路数 2a (a为支路对数):s=N/2a
因此，有 E a6 p 0 N a n C ep N /6 0n E aC e n
当每极磁通Φ 一定时， Ea Ken
结论：电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，即电势值能表征转 速的大小。因此直流发电机能够把转逆信号转换成电势信号，从而可 以用来测速。
第2章 直流测速发电机
三、直流测速发电机及其输出特性
1、流测速发电机的型式
按励磁方式划分： 永磁式 电磁式
２、电气性能要求
气隙磁通密度沿电枢圆周分布不是均匀的 导体在不同位置，产生的电势大小不同，变化规律与 Bx 相同 电势不是直流电势，为脉动电势。磁场分布和电刷电势为
结论：为减小电势脉动，实际电机中不止一个线圈（元件），由很多 元件组成电枢绕组，元件均布在电源自文库表面，按一定的规律连接
第2章 直流测速发电机
第2章 直流测速发电机
此外，为使电刷两端电势为最大， 电刷必须与位于几何中性线处的导体 相接触，亦即电刷通过换向片把电势 为零的元件短路 结论：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。
第2章 直流测速发电机
第2章 直流测速发电机
二、直流电势关系式
s
电刷间电势等于正负电刷所连接的导体电势之和： E a e i
一对磁极时励磁磁通的磁路
i1
磁极下电枢表面各点磁通密度分布
第2章 直流测速发电机
二、直流电势关系式
取一个磁极下气隙磁通密度的平均值为Bp，一个磁极下所有 导体的平均电势为ep，电刷间的电势Ea为
第2章 直流测速发电机
2、电枢反应影响
空载时，励磁绕组产生主磁场。负载时，电枢绕组产生电枢磁场。 负载运行时，电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成。 电枢磁场的存在，气隙中的磁场发生畸变，称为电枢反应。
定子励磁绕组产生的主磁场 电枢绕组产生的电枢磁场 主磁场和电枢磁场的合成磁场
硕士研究生课程 课程名称：机电伺服驱动技术
主讲教师: 王新华
北京工业大学机电学院
现代控制电机
主要内容
直流测速发电机、直流伺服电动机 变压器、旋转变压器 自整角机 交流异步测速发电机、交流伺服电动机 步进电机 同步电动机、直线电机
第2章 直流测速发电机
物理本质：测量转速的微型直流发电机 能量转换：机械能转换成电能，输出直流电 信号转换：转速信号转换成与转速成正比的直流电压信号输出
输出特性应为线性（精度） 永磁式
电磁式
输出特性的斜率大（灵敏度）
温度变化对输出特性影响要小（精度）
输出电压的纹波小（精度）
正、反转方向的输出特性一致（精度）
理想输出特性
第2章 直流测速发电机
３、输出特性
已知直流电势： Ea Cen 当每极磁通Φ 一定时， E a n
负载时测速发电机的输出电压为
1、工作原理
基于电磁感应定律 运动导体切割磁力线，在导体
中产生切割电势 匝链线圈的磁通发生变化，在
线圈中产生感应电势
第2章 直流测速发电机
一、直流发电机工作原理和结构
1、工作原理
两极电机模型 整个线圈电势是两个有效边电势之和 A 电刷为正， B 电刷为负
２、直流电势的形成
图为实际电机的模型 电枢铁心表面有齿有槽，槽中安
放元件，电枢元件如图
第2章 直流测速发电机
２、直流电势的形成
上层边端线用实线，下层用虚线 上层边出线端称头，下层称尾 头、尾与相邻两个换向片相连 电枢绕组自成闭合回路 电刷把上层边在N 极下的所有元件 串联成一支路，把上层边在S极下的所 有元件串联成另一支路 两条支路并联，两支路电势大小相 等，且反向，相互抵消，闭合回路中 电势为零，无环流。 电刷间有电势输出，且与每条支路 电势大小相等
1、温度影响
电机周围环境温度变化及电机本身发 热引起绕组电阻的变化。温度↑，励磁 绕组电阻↑，励磁电流↓，磁通↓，输 出电压↓；温度↓，输出电压↑。 解决措施： ①磁路被设计得饱和，使励磁电流变化 引起的磁通变化小。②励磁回路中串联 比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳 流，使温度升高对整个励磁回路的总电 阻增加不多。③在励磁回路中串联负温 度系数的热敏电阻并联网络
负载时
U aEaIaR a I aU R L a U aEaU R L aR a
因此，有
Ua
Ea 1 Ra
Ce 1 Ra
n
RL
RL
结论：若Φ 、Ra、RL保持常数，Ua与n呈线
性； 随RL减小，输出特性的斜率变小。
第2章 直流测速发电机
四、直流测速发电机的误差及其减小的方法
电刷两端电势： EBAedaedceba EBAeadeabecd
电枢连续旋转，交替地切割 磁力线 导体中电势及线圈电势是交变的 两极下，每转一圈，电势交变一次 换向器使电刷电势的极性始终不变
第2章 直流测速发电机
２、直流电势的形成 法拉第电磁感应定律： ei Bxlv ei Bx
E asep e p B p lv E asB p lv
Bp为一个磁极的总磁通除以磁极的面积为
电枢表面圆周速度 v D n 60
Bp l
因此，有 ep6 0 D n D / 2p ep2 6 0 p n
电刷间总电势
Ea
s
３、直流电机基本结构
直流电机总体结构：静止部分（定子）、旋转部分（转子） 定子：定子铁心、励磁绕组、机壳、端盖和电刷装置 转子：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴 定子和转子之间为空气隙
第2章 直流测速发电机
３、直流电机基本结构
（1）定子铁心和励磁绕组 （2）电枢铁心和电枢绕组 （3）换向器和电刷
2p 60
n
第2章 直流测速发电机
二、直流电势关系式
由于一对电刷所串联的导体数s应等于电刷间每条并联支路中的导 体数，因此，s值等于电枢绕组总导体数 N /电刷间的并联支路数 2a (a为支路对数):s=N/2a
因此，有 E a6 p 0 N a n C ep N /6 0n E aC e n
当每极磁通Φ 一定时， Ea Ken
结论：电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，即电势值能表征转 速的大小。因此直流发电机能够把转逆信号转换成电势信号，从而可 以用来测速。
第2章 直流测速发电机
三、直流测速发电机及其输出特性
1、流测速发电机的型式
按励磁方式划分： 永磁式 电磁式
２、电气性能要求
气隙磁通密度沿电枢圆周分布不是均匀的 导体在不同位置，产生的电势大小不同，变化规律与 Bx 相同 电势不是直流电势，为脉动电势。磁场分布和电刷电势为
结论：为减小电势脉动，实际电机中不止一个线圈（元件），由很多 元件组成电枢绕组，元件均布在电源自文库表面，按一定的规律连接
第2章 直流测速发电机
第2章 直流测速发电机
此外，为使电刷两端电势为最大， 电刷必须与位于几何中性线处的导体 相接触，亦即电刷通过换向片把电势 为零的元件短路 结论：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。
第2章 直流测速发电机
第2章 直流测速发电机
二、直流电势关系式
s
电刷间电势等于正负电刷所连接的导体电势之和： E a e i
一对磁极时励磁磁通的磁路
i1
磁极下电枢表面各点磁通密度分布
第2章 直流测速发电机
二、直流电势关系式
取一个磁极下气隙磁通密度的平均值为Bp，一个磁极下所有 导体的平均电势为ep，电刷间的电势Ea为
第2章 直流测速发电机
2、电枢反应影响
空载时，励磁绕组产生主磁场。负载时，电枢绕组产生电枢磁场。 负载运行时，电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成。 电枢磁场的存在，气隙中的磁场发生畸变，称为电枢反应。
定子励磁绕组产生的主磁场 电枢绕组产生的电枢磁场 主磁场和电枢磁场的合成磁场
硕士研究生课程 课程名称：机电伺服驱动技术
主讲教师: 王新华
北京工业大学机电学院
现代控制电机
主要内容
直流测速发电机、直流伺服电动机 变压器、旋转变压器 自整角机 交流异步测速发电机、交流伺服电动机 步进电机 同步电动机、直线电机
第2章 直流测速发电机
物理本质：测量转速的微型直流发电机 能量转换：机械能转换成电能，输出直流电 信号转换：转速信号转换成与转速成正比的直流电压信号输出
输出特性应为线性（精度） 永磁式
电磁式
输出特性的斜率大（灵敏度）
温度变化对输出特性影响要小（精度）
输出电压的纹波小（精度）
正、反转方向的输出特性一致（精度）
理想输出特性
第2章 直流测速发电机
３、输出特性
已知直流电势： Ea Cen 当每极磁通Φ 一定时， E a n
负载时测速发电机的输出电压为