第二章直流测速发电机

第二章第二章 直流测速发电机直流测速发电机 Chapter two DC Tachogenerator 2 12 1 直流电机基本结构和工作原理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发电机工作原理 直流电动机工作原理直流电动机工作原理 2 22 2 直流电机的电势和电磁转矩 直流电机的电势和电磁转矩 EMF and MMF of DC machine 电势 电磁转矩 n a pN nCE ea 60 aaT I a pN ICT 2 磁场分布和电刷电势 图图 2 13 直流电机磁路直流电机磁路 图图 2 14 气隙中磁通密度分布图气隙中磁通密度分布图 lvBe 图图 2 2 磁场分布和电刷电势磁场分布和电刷电势 2 32 3 直流测速发电机直流测速发电机 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 图图 2 17 测速发电机的理想输出特性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 2 输出特性 图图 2 18 直流测速发电机接上负载直流测速发电机接上负载 aaaa RIEU L a a R U I a L a aa R R U EU n R R C R R E U L a e L a a a 11 图图 2 19 不同负载电阻时的理想输出特性不同负载电阻时的理想输出特性 3 直流测速发电机的误差及其减小方法 1 温度的影响 得出 Ua f n 为线性关系的条件之一是励磁磁通 为常数 实际上 电机 周围环境温度的变化以及电机本身发热 由电机各种损耗引起 都会引起电机绕 组电阻的变化 当温度升高时 励磁绕组电阻增大 励磁电流减小 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 图图 2 20 励磁回路中的热敏电阻并联网络励磁回路中的热敏电阻并联网络 图图 2 21 电阻随温度变化的曲线电阻随温度变化的曲线 2 电枢反应的影响 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 图图 2 22 直流电机磁场直流电机磁场 图图 2 23 直流测速发电机输出特性直流测速发电机输出特性 图中图中 RL1 RL2 3 延迟换向去磁 直流电机中 电枢绕组元件的电流方向以电刷为其分界线 电机旋转 当 电枢绕组元件从一条支路经过电刷进入另一条支路时 其中电流反向 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 由于元件本身有电感 因此在换向过程中当电流变化时 换向元件中要产 生自感电势 dt di LeL 式中 L 为换向元件的电感 i 为换向元件的电流 单叠绕组单叠绕组 single overlapping winding 的展开图的展开图 电枢绕组瞬时电路图电枢绕组瞬时电路图 图图 2 24 元件的换向过程元件的换向过程 图图 2 25 换向元件中的电势换向元件中的电势 图图 2 26 延迟换向对输出特性的影延迟换向对输出特性的影响响 如果不考虑磁通变化 则直流测速发电机电势与转速成正比 当负载电阻 一定时 电枢电流及绕组元件电流也与转速成正比 另外 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 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 使输出特性呈现图 2 26 所示的 形状 所以 直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制 4 波纹 根据 Ea Ce n 当 n 为定值时 电刷两端应输出不随时间变化的稳定的 直流电势 然而 实际的电机并非如此 其输出电势总是带有微弱的脉动 通 常把这种脉动称为纹波 纹波主要是由于电机本身的固有结构及加工误差所引起的 在第一节中我 们已经看到 由于电枢槽数及电枢元件数有限 在输出电势中将引起脉动 通 过增加每条支路中的串联元件数可以减小纹波 但是由于工艺所限 电机槽数 元件数及换向片数不可能无限增加 因此产生纹波是不可避免的 同时 由于 电枢铁心有齿有槽 以及电枢铁心的椭圆度 偏心等等 也会使输出电势中纹 波幅值上升 5 电刷接触电压 Ua f n 为线性关系的另一个条件是电枢回路总电阻 Ra为恒值 实际 上 Ra中包含的电刷与换向器的接触电阻不是一个常数 为了考虑此种情 况对输出特性的影响 我们把电压方程式改写为 aaaa RIEU 其中 Rw为电枢绕组电阻 Ub为电刷接触压降 bwaaa URIEU L W be a R R UnC U 1 图图 2 27 考虑电刷接触压降后的输出特性考虑电刷接触压降后的输出特性 换向器圆周线速度对 Ub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 Ub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 Ub也相应