交流异步测速发电机ppt课件

1、第第 3 3 章章交流异步测速发电机交流异步测速发电机中国矿大信电学院中国矿大信电学院第第3 3章章 交流异步测速发电机交流异步测速发电机3.1 交流异步测速发电机概述交流异步测速发电机概述3.3 交流异步测速发电机的特性和主要技术目的交流异步测速发电机的特性和主要技术目的3.4 交流测速发电机的运用交流测速发电机的运用3.5 交流异步测速发电机的运用举例交流异步测速发电机的运用举例3.2 交流异步测速发电机的构造和任务原理交流异步测速发电机的构造和任务原理本本 章章 要要 求：求：熟练掌握交流测速发电机的任务原理。熟练掌握交流测速发电机的任务原理。了解交流测速发电机的构造和型式。了解交流测速

2、发电机的构造和型式。熟练掌握交流测速发电机的输出特性。熟练掌握交流测速发电机的输出特性。熟练掌握交流测速发电机的运用。熟练掌握交流测速发电机的运用。搞清交流测速发电机的误差及其减小方法。搞清交流测速发电机的误差及其减小方法。搞清交流测速发电机的性能目的。搞清交流测速发电机的性能目的。第第3 3章章 交流异步测速发电机交流异步测速发电机3.1 3.1 交流异步测速发电机概述交流异步测速发电机概述 交流异步测速发电机是一种丈量转速交流异步测速发电机是一种丈量转速或转速信号的元件。理想的测速发电机的或转速信号的元件。理想的测速发电机的输出电压输出电压U2与它的转速与它的转速n成线性关系，如成线性关系

3、，如下图，其数学表达式为：下图，其数学表达式为：其主要用途有两种：其主要用途有两种： U2 = k n U2 = k n U2no运算元件和阻尼元件。运算元件和阻尼元件。控制电机控制电机3.2 3.2 交流异步测速发电机的构造和任务原理交流异步测速发电机的构造和任务原理一、交流异步测速发电机构造一、交流异步测速发电机构造 定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为励磁绕组励磁绕组1；另一个输出电压，称为输出绕组；另一个输出电压，称为输出绕组2；两个绕组的轴线相互垂直，在空间上相隔两个绕组的轴线相互垂直，在空间上相隔90。 U2U1控制电机控制电机U2U1转子普

4、通为杯形转子，通常是由非铁磁资料硅锰青转子普通为杯形转子，通常是由非铁磁资料硅锰青铜制成的空心薄壁圆筒，为了减少转子漏电抗、添铜制成的空心薄壁圆筒，为了减少转子漏电抗、添加电阻。此外，为了减少磁路的磁阻，在空心杯形转加电阻。此外，为了减少磁路的磁阻，在空心杯形转子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视作由无数并联的导体条组成，和鼠笼转子一样。作由无数并联的导体条组成，和鼠笼转子一样。 U2U1励磁绕组励磁绕组输出绕输出绕组组控制电机控制电机励磁绕组励磁绕组输出输出绕组绕组交流测速发电机构造图交流测速发电机构造图控制电机控制电机交交流流测测速速

5、发发电电机机定定转转子子铁铁心心控制电机控制电机下下好好线线的的定定子子控制电机控制电机1、是脉振磁通、是脉振磁通2、与励磁绕组、与励磁绕组W1的轴线一致，的轴线一致，与输出绕组与输出绕组W2的轴线垂直。的轴线垂直。3、与、与W1和转子导体相匝链。和转子导体相匝链。励磁绕励磁绕组接组接U1交流交流i0Fo=W1i0 dtdWe11 dtdWeRR U1 w1U2w2 10ERIR杯形转子杯形转子E1E2e2=0二、任务原理二、任务原理W1为励磁绕组、为励磁绕组、W2为输出绕为输出绕组组 (一一)、当、当n=0时，物理过程时，物理过程控制电机控制电机励磁励磁绕组绕组接接U1i0Fo=W1i0 d

6、tdWe11 dtdWeRR e2=01、励磁磁通、励磁磁通 在在W1的轴线上脉振，与的轴线上脉振，与W1和转子导体相环链。和转子导体相环链。2、与输出绕组与输出绕组W2的轴线垂直，不穿过的轴线垂直，不穿过W2 ，因此其中此时不，因此其中此时不感应电势。感应电势。 10ERE1W1轴线轴线W2轴线轴线励磁绕组励磁绕组控制电机控制电机 励磁绕组励磁绕组W1与转子杯之与转子杯之间的电磁关系，好像变压器间的电磁关系，好像变压器原边与副边之间的情况完全原边与副边之间的情况完全一样。假设忽略励磁绕组一样。假设忽略励磁绕组W1的电阻的电阻R1及漏抗及漏抗X1，那么有，那么有U1 E1 由于感应电势由于感应

7、电势 E1 = 4.44fw110 ,故故10 U1所所以励磁电压一定时，磁通也坚持不变。以励磁电压一定时，磁通也坚持不变。U1 w1U2w2 10ERIR杯形转子杯形转子E1结论结论: n = 0 时，磁通时，磁通不在输出绕组不在输出绕组W2中感应出中感应出电势，输出绕组电势，输出绕组W2也就没有电压输出。也就没有电压输出。控制电机控制电机(二二)、当转子旋转时，转子导体、当转子旋转时，转子导体切割磁场切割磁场10 ，感应电势，感应电势ER 2，且且 ER2 = Bplv，由于由于10=Bpl10=Bpl， v=Dn/60 v=Dn/60U1 w1U2w2 10ER2杯形转子杯形转子n平均平

8、均磁密磁密导条导条长度长度导条导条速度速度nknDDnllEeR10101026060转子切割电势与转速成正比。转子切割电势与转速成正比。控制电机控制电机 由于在励磁绕组中由于在励磁绕组中通入的是交流电，通入的是交流电，10 都是随时间交变都是随时间交变的，频率为的，频率为 f1。因。因此，转子导体切割此，转子导体切割磁通产生的电势磁通产生的电势ER2及电流及电流IR2也都是交也都是交变的变的,频率为频率为 f1 。由于导条处于短路形状，因此其由于导条处于短路形状，因此其中会产生电流，忽略导条漏抗的中会产生电流，忽略导条漏抗的影响时，其中电流为：影响时，其中电流为：U1 w1U2w2 10ER

9、2IR2杯形转子杯形转子nReRRRRnkREI1022tRnkReitnknketRmeRRRmeeRmsin;sin;sin1221102110控制电机控制电机流过转子导体中的电流过转子导体中的电流流IR2又要产生磁通又要产生磁通2 ，其值与电流，其值与电流IR2成正比，即成正比，即2 IR2210 n故故 2与与w2的轴线一致，因的轴线一致，因此，会在此，会在w2中感应电势中感应电势 ， E2 = 4.44fw22 ,从而输从而输出电压出电压U2= E2。U2 2U2 10 nU2U1 n故故即即U1 w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2ReRRRRnkREI1022

10、控制电机控制电机U1 w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2U2no所以，当转子旋转时，转子导体切割磁场所以，当转子旋转时，转子导体切割磁场10 ，感应电，感应电势势ER 2，产生电流，产生电流IR 2。建立磁场。建立磁场2 ，该磁场在输出绕，该磁场在输出绕组中感应电势组中感应电势ER2，其大小与转速成正比。且与励磁电，其大小与转速成正比。且与励磁电压同频率。压同频率。3.3 3.3 异步测速发电机的特性和主要技术目的异步测速发电机的特性和主要技术目的一、输出特性和线性误差一、输出特性和线性误差 理想的测速发电机输出电压应正比理想的测速发电机输出电压应正比于它的转速，即于它的

11、转速，即U2= Kv 。但是实。但是实践的异步测速发电机输出电压与转践的异步测速发电机输出电压与转速间并不是严厉的线性关系，而是速间并不是严厉的线性关系，而是非线性的。非线性的。U2=f(v)测速发电机输出电压与转速间的关系测速发电机输出电压与转速间的关系称为输出特性。称为输出特性。上式中上式中v为相对速度，它是实践转速为相对速度，它是实践转速n与同步转与同步转速速ns的比值，即的比值，即v = n / ns 。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2控制电机控制电机1-1-线性输出特性线性输出特性2-2-实践输出特性实践输出特性输出特性和线性误差输出特性和线性误差 为了便

12、于衡量实践输出特性的线性度，为了便于衡量实践输出特性的线性度，普通把实践输出特性上对应于普通把实践输出特性上对应于 为最为最大相对速度的一点与坐标原点的连线作为大相对速度的一点与坐标原点的连线作为线性输出特性，直线与曲线之间的差别就是线性输出特性，直线与曲线之间的差别就是误差，这种误差通常用线性误差又称幅值误差，这种误差通常用线性误差又称幅值相对误差相对误差x 来度量。来度量。maxv23maxv23maxvmaxLT2U12maxU 2Uv控制电机控制电机式中，式中， Umax为实践输出电压与线为实践输出电压与线性输出电压的最大差值；性输出电压的最大差值；U2lTmax为为对应于最大转速对应

13、于最大转速 n max技术条件上技术条件上有规定的线性输出电压。有规定的线性输出电压。%100UUmaxLT2maxx 异步测速发电机在控制系统中的用途不同，异步测速发电机在控制系统中的用途不同，对线性误差的要求也不同。作为阻尼元件时允许对线性误差的要求也不同。作为阻尼元件时允许线性误差可大一些；而作为解算元件时，线性误线性误差可大一些；而作为解算元件时，线性误差必需很小。目前，高精度的异步测速发电机线差必需很小。目前，高精度的异步测速发电机线性误差可小到性误差可小到0.05%左右。左右。maxv23maxvmaxLT2U12maxU 2U控制电机控制电机二、输出相位移与相位误差二、输出相位移

14、与相位误差 在自动控制系统中，希望异步测速发电机的在自动控制系统中，希望异步测速发电机的输出电压与激磁电压同相位，但在实践的异步测输出电压与激磁电压同相位，但在实践的异步测速发电机中，两者之间却存在相位移。速发电机中，两者之间却存在相位移。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2控制电机控制电机 1 2 2RI 2RE 1I 2U 1E 2E 1U 11xI j 11rI 1E 相位移存在的缘由：相位移存在的缘由： 图中：图中：E1为磁通为磁通 1在激磁在激磁绕组中产生的变压器电势；绕组中产生的变压器电势； ER2为转子切割磁通为转子切割磁通 1产生的产生的切割电势；切割电

15、势； E2为磁通为磁通 2在输在输出绕组中产生的变压器电势；出绕组中产生的变压器电势； 称为异步测速发电机的输出相称为异步测速发电机的输出相位移位移U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E21E控制电机控制电机三、剩余电压三、剩余电压Us 测速发电机的激磁绕组曾经供电，转子处于测速发电机的激磁绕组曾经供电，转子处于不动情况下即零速时输出绕组所产生的电压，不动情况下即零速时输出绕组所产生的电压，此即剩余电压，又称为零速电压。此即剩余电压，又称为零速电压。 产生剩余电压的缘由是多产生剩余电压的缘由是多种多样的，它由两部分组成：种多样的，它由两部分组成：一部分是固定分量一部分是固定

16、分量Us0，其值，其值与转子位置无关；另一部分是与转子位置无关；另一部分是交变分量交变分量Usj，它的值与转子，它的值与转子位置有关，当转子位置变化时，位置有关，当转子位置变化时，其值作周期性的变化。其值作周期性的变化。UsUsUs0Us0UsjUsj0 0控制电机控制电机四、输出斜率四、输出斜率 与直流测速发电机一样，异步测速发电机的输与直流测速发电机一样，异步测速发电机的输出斜率出斜率Un通常也规定为转速通常也规定为转速1000r/min时的输出电时的输出电压。输出斜率越大，输出特性上比值压。输出斜率越大，输出特性上比值 U2/ n越大，越大，测速发电机对于转速变化的灵敏度就越高。但是与测

17、速发电机对于转速变化的灵敏度就越高。但是与同样尺寸的直流测速发电机相比较，交流测速发电同样尺寸的直流测速发电机相比较，交流测速发电机的输出斜率较小，普通为机的输出斜率较小，普通为0.55V/kr/min。1000nr/min U2 nUnU2OU1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E23.4 3.4 交流异步测速发电机的运用交流异步测速发电机的运用 在选用时，应根据系统的频率，电压，任务转速的在选用时，应根据系统的频率，电压，任务转速的范围和详细用途来选择交流测速发电机的规格。用作解范围和详细用途来选择交流测速发电机的规格。用作解算元件的应着重思索精度要高，输出电压稳定性要好

18、；算元件的应着重思索精度要高，输出电压稳定性要好；用于普通转速检测或做阻尼元件时，应着重思索输出斜用于普通转速检测或做阻尼元件时，应着重思索输出斜率要大，而不宜既要精度高，又要输出斜率大。率要大，而不宜既要精度高，又要输出斜率大。 鼠笼转子异步测速发电机输出特性斜率鼠笼转子异步测速发电机输出特性斜率大，但是它的特性比较差、线性误差大、大，但是它的特性比较差、线性误差大、转子惯性大，转子惯性大， 通常只用于精度要求不高通常只用于精度要求不高的系统中。的系统中。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2控制电机控制电机空心杯转子异步测速发电机的精度比较高，线形空心杯转子异步测速发

19、电机的精度比较高，线形误差小，转动惯量小，运用在要求精度比较高的误差小，转动惯量小，运用在要求精度比较高的系统中，是最广泛运用的一种异步测速发电机。系统中，是最广泛运用的一种异步测速发电机。一、负载性质对输出特性的影响及改善方法一、负载性质对输出特性的影响及改善方法 测速发电机正常任务测速发电机正常任务时时,其输出电压仅为转速的其输出电压仅为转速的函数不受负载的性质和大函数不受负载的性质和大小的影响小的影响,实践任务中输出实践任务中输出电压的大小和相位与负载电压的大小和相位与负载的大小和性质有关的大小和性质有关 。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2控制电机控制电机 1

20、、负载阻抗足够大时，在测速发电机转、负载阻抗足够大时，在测速发电机转速一定时，负载阻抗稍有变化，输出电压的速一定时，负载阻抗稍有变化，输出电压的大小和相位几乎不变。大小和相位几乎不变。.2Ir2jx2ZL.2U.2E2222ZIEU 2、电阻负载，在测速发电机转速一定时，、电阻负载，在测速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小减小和相位负载阻值减小，输出电压的大小减小和相位添加。添加。1 2 2U2E1U 22xI j22rI2E2I2U2I控制电机控制电机.2Ir2jx2ZL.2U.2E2222ZIEU 3、容性负载，在测速发电机转速一定时，、容性负载，在测速发电机转速一定时，负载阻

21、值减小，输出电压的大小添加和相位负载阻值减小，输出电压的大小添加和相位添加。添加。1 2 2U2E1U 22xI j22rI2E2I2U2I控制电机控制电机.2Ir2jx2ZL.2U.2E2222ZIEU 4、感性负载，在测速发电机转速一定时，、感性负载，在测速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小减小和相位负载阻值减小，输出电压的大小减小和相位减小。减小。1 2 2U2E1U 22xI j22rI2E2I2U2I控制电机控制电机 结论：结论：1、电阻电容性负载，、电阻电容性负载，阻抗值的改动会引起输出电压阻抗值的改动会引起输出电压大小的变化趋势是相反的，即大小的变化趋势是相反的，即他

22、们对输出电压的大小的影响他们对输出电压的大小的影响可以相互补偿，输出电压不受可以相互补偿，输出电压不受负载大小的影响。但是电阻电负载大小的影响。但是电阻电容性负载不能补偿输出相位的容性负载不能补偿输出相位的偏向。偏向。2、电阻电感性负载，阻抗值的、电阻电感性负载，阻抗值的改动引起相位的改动是相反的，改动引起相位的改动是相反的，即对输出电压相位的影响可以即对输出电压相位的影响可以相互补偿，但是电阻电感性负相互补偿，但是电阻电感性负载对输出电压大小的影响不能载对输出电压大小的影响不能补偿。补偿。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2控制电机控制电机 综上所述终究采用哪种负综上

23、所述终究采用哪种负载，主要根据系统的需求而定，载，主要根据系统的需求而定，通常总是希望坚持输出电压的通常总是希望坚持输出电压的大小不受不在阻抗的影响。因大小不受不在阻抗的影响。因此，多数采用电阻电容性负载。此，多数采用电阻电容性负载。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2控制电机控制电机二、激磁电源的影响二、激磁电源的影响 交流异步测速发电机激磁电源电压幅值的不稳定，交流异步测速发电机激磁电源电压幅值的不稳定，会直接引起输出电压的不稳定，因此影响输出特性的线会直接引起输出电压的不稳定，因此影响输出特性的线形误差。因此，对于要求稳定性高，误差小的异步测速形误差。因此，对于要求稳定性高，误差小的异步测速发电机，都采用公用的电源供电，其电源的幅值和频率发电机，都采用公用的电源供电，其电源的幅值和频率不受其他要素的影响。不受其他要素的影响。三、温度的影响三、温度的影响 环境温度的变化和电机长时间任务环境温度的变化和电机长时间任务的发热，会使定子绕组和杯形转子