关于测速发电机课件

在实际运行中，Ua~n之间并不能严格地保持正比 关系，即存在误差。产生误差的主要原因：
1. 电枢反应的影响 当发电机带上负载后，电枢中有电流Ia通过，故 产生电枢磁场。电枢磁场的大小与电枢电流Ia有 关，方向与励磁磁场正交。由于电枢磁场的存在， 使气隙中的合成磁场产生畸变，这种作用称为电 枢反应。
磁路饱和时，电枢反应有去磁效应。负载电阻越小 或转速越高，去磁效应越强。 为了减小电枢反应对输出特性的影响，在直流测速 发电机的技术条件中标有最高转速和最小负载电阻。
图5-5 电枢反应对输出特性的影响
2. 延迟换向的影响 换向元件中总电动势为 eK=eL+ea。eK阻碍电流变 化，使换向延迟，称延迟换向。由于换向元件被电 刷短路，eK在换向元件中产生与其方向一致的附加 电流iK，iK产生磁通ΦK，ΦK 对主磁通起去磁作用。
自动控制系统对测速发电机的基本要求是： ⑴ 输出电压应与转速成正比且比例系数要大； ⑵ 转动惯量小。此外，还要求它对无线电通讯干 扰小、噪声低、工作可靠等。
5.2 直流测速发电机
一、输出特性 二、直流测速发电机的误差及其减小方法 三、直流测速发电机的主要性能指标
按励磁方式不同，直流测速发电机可分为电磁式 和永磁式两大类。其结构和工作原理与普通直流 发电机基本相同。
接触电压的影响 导致输出特性存在不灵敏区。 减小影响措施 采用接触压降小的电刷 。
图5-9 考虑电刷接触压降后的输出特性
三、直流测速发电机的主要性能指标
1. 线性误差 2. 灵敏度 3. 最高线性工作转速和最小负载电阻 4. 不灵敏区 5. 输出电压的不对称度 6. 纹波系数
1.线性误差δ1 它是在工作转速范围内，实际输出特性曲线与过 OB的线性输出特性之间的最大差值△Um与最高 线性转速nmax在线性特性曲线上对应的电压Um 之比。
电枢反应影响分析：
主磁场
电枢磁场
气隙合成磁场
图5-3 直流测速发电机磁场
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 之和，左半个极下的合成磁通等于1/2主磁通与 1/2电枢磁通之差。因此，N极左半个极的削弱和 右半个极的加强相互抵消，整个极的磁通保持不 变，仅仅磁场的分布发生了变化。
关于测速发电机
5.1概述
测速发电机是一种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。
或：
Ua
K
K d
dt
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。 按结构和工作原理的不同，测速发电机分为直流测 速发电机、感应测速发电机和同步测速发电机，近 年来还有采用新原理、新结构研制的霍尔效应测速 发电机等。
解决方法： ⑴ 励磁回路串联热敏电阻并联网络。 ⑵ 励磁回路串联阻值较大、温度系数很小的附加
电阻R。温度变化时，回路总电阻变化小。 ⑶ 将磁路设计得比较饱和。电流变化时，磁通变
化小。
图5-7 励磁绕组补偿电路
4. 纹波的影响 根据Ea=CaФ n，当Ф、n为定值时，电刷两端输出 不随时间变化的直流电动势。实际的电机输出电动 势总是带有微弱的脉动，通常把这种脉动称为纹波。
eL电抗电动势 ea旋转电动势
图5-6 换向元件中的电动势方向
分析表明eL∝n2，ea∝n2，因此ΦK∝n2。 通常用限制最高转速的措施来减小延迟换向去磁 效应的影响。
延迟换向对输出特性的影响 图5-6 换向元件中的电动势方向
3. 温度的影响 在应用中，发电机本身会发热，而且环境温度 也是变化的。导致励磁绕组电阻变化，将引起 励磁电流和磁通的变化，使输出电压与转速之 间不再是严格的线性关系。
5. 电刷接触压降△Ub对输出特性的影响
考虑到电刷接触电压的影响，输出特性的方程 式可改写为
U a Ea I a Ra Ea I a RW ΔU b
U a (Ce n ΔU b ) /(1 RW / RL )
△Ub的变化规律
Rw除电刷接触外的总电阻
图5-8 电刷接触电压 ΔU b f (ia )
纹波的大小和频率与电枢绕组的元件数有关，元件 数越多，其脉动的频率越高，幅值越小。
纹波电压的存在对于测速发电机是不利的，当用于 转速控制或阻尼元件时，对纹波电压的要求较高， 而在高精度的解算装置中则要求更高。
纹波系数是指在一定转速下，输出电压中交变分量 的有效值与直流分量之比。
目前国产测速发电机已做到纹波系数小于1%，国 外高水平测速发电机纹波系数已降到0.1%以下。
l
ΔU m Um
100 %
在图5-10中，B点为
n
5 6
nm
ax
时实际输出特性
的对应点。
一般δ1为1%~2%，对于较精密系统要求δ1为
0.1%~0.25%。
图5-10 线性误差
2. 灵敏度 灵敏度也称输出斜率，是指在额定励磁电压下， 转速为1000 r／min时所产生的输出电压。一般 直流测速发电机空载时可达(10~20)V。测速发电 机作为阻尼元件使用时，灵敏度是其重要的性能 指标。
3. 最高线性工作转速nmax和最小负载电阻RLmin 是保证测速发电机工作在允许的线性误差范围内 的两个使用条件。
一、输出特性
输出特性是指输出电压Ua与输入转速n 之间的 函数关系。
当直流测速发电机的输入转速为n，且励磁磁通 恒定不变时，电枢电动势为
Ea Ce n Ken
当接负载时，电压ຫໍສະໝຸດ Baidu衡方程式为
U a Ea I a Ra
图5-1 直流测速发电机原理电路
由于负载电流Ia=Ua/RL ，可得
U a Ea /(1 Ra / RL ) Ce n /(1 Ra / RL )
可见，只要保持Φ、 Ra、RL不变，Ua与n之 间就成正比关系。当负
载RL变化时，将使输 出特性斜率发生变化。
改变转子转向，Ua
的极性随之改变。
图5-2 不同负载时的理想输出特性
二、直流测速发电机的误差及其减小方法
1. 电枢反应的影响 2. 延迟换向的影响 3. 温度的影响 4. 纹波的影响 5. 电刷接触压降对输出特性的影响