第五章测速发电机ppt课件

1、第五章第五章 测速发电机测速发电机测速元件主要指测速发电机测速元件主要指测速发电机测速发电机测速发电机直流测速发电机直流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机输出直流电信号输出直流电信号输出交流电信号输出交流电信号TG直流测速直流测速发电机发电机TG电磁式直流测速发电机电磁式直流测速发电机TG永磁式直流测速发电机永磁式直流测速发电机TG交流测速发交流测速发电机电机5.1直流测速发电机 直流测速发电机是一种把机械转速变换成电压信号的测直流测速发电机是一种把机械转速变换成电压信号的测量元件，实际上从原理上看，它就是一台微型的直流发电量元件，实际上从原理上看，它就是一台微型的直流发电机，它的主要目的

2、不是实现机电能量转换，只是把转速变机，它的主要目的不是实现机电能量转换，只是把转速变换为电压信号，作为测量元件换为电压信号，作为测量元件 直流测速发电机除了控制系统中作为测速元件之外，还直流测速发电机除了控制系统中作为测速元件之外，还能当做阻尼元件以及解算装置中的微分元件和积分元件。能当做阻尼元件以及解算装置中的微分元件和积分元件。 直流测速发电机是控制系统中的一个重要测量转换元直流测速发电机是控制系统中的一个重要测量转换元件。另外作为校正元件用于改善系统品质，作为反馈元件件。另外作为校正元件用于改善系统品质，作为反馈元件用于速度反馈。用于速度反馈。v分类：永磁式：磁场变化小，稳定。分类：永磁

3、式：磁场变化小，稳定。v 电磁式：磁场随电阻的改变而改变，不稳定。电磁式：磁场随电阻的改变而改变，不稳定。v转子、定子及电刷和换向器组成。电枢绕组在转子上。磁极转子、定子及电刷和换向器组成。电枢绕组在转子上。磁极在定子上，一般采用永磁体作磁极。在定子上，一般采用永磁体作磁极。v对直流测速发电机的主要要求是：对直流测速发电机的主要要求是：(l(l输出电压要与转速成线性关系，且正反转时特性一致；输出电压要与转速成线性关系，且正反转时特性一致；(2(2输出特性的灵敏度高，即要求电压变化大，斜率大；输出特性的灵敏度高，即要求电压变化大，斜率大；(3(3输出电压的纹波小，即转速稳定，用波纹系数来表示。输

4、出电压的纹波小，即转速稳定，用波纹系数来表示。(4(4电机的惯量小，以保证电机响应速度快。电机的惯量小，以保证电机响应速度快。v 此外，还要求高频干扰小，噪音小，工作可靠，以及此外，还要求高频干扰小，噪音小，工作可靠，以及结构简单，体积小和重量轻等。结构简单，体积小和重量轻等。5.2基本关系式与输出特性基本关系式与输出特性ddaaaaaaIER ILUtaaaaER IUaeeECnKaLaIRU10emTTT一、基本关系式一、基本关系式 基本关系式与发电机相似。基本关系式与发电机相似。 感应电势的大小与转速成正比，电势的方向由转速的方感应电势的大小与转速成正比，电势的方向由转速的方向所决定。

5、向所决定。T1T1很小，若果很大，会影响被测装置的运行很小，若果很大，会影响被测装置的运行输出电压与转速是线性关系。输出电压与转速是线性关系。 输出斜率或灵敏度输出斜率或灵敏度 0,d/d0aaIIt100emTTT11eeaLaaLLCKUnK nRRRR1eLaLCKRRd/d0aIt LK二、空载输出特性二、空载输出特性三、负载时的静态特性三、负载时的静态特性aaeeUECnK 负载电阻不能太小负载电阻不能太小( )( )( )1aLUsKG ssTsaaLLTRR1eLaLKKRR四、负载时的动态特性四、负载时的动态特性v考虑电流的变化和电枢电感，直流测速发电机是一个非周期考虑电流的变

6、化和电枢电感，直流测速发电机是一个非周期环节即惯性环节。不过，当环节即惯性环节。不过，当l/T l/T 远大于系统的带宽时，测速发远大于系统的带宽时，测速发电机仍可看成是转速的比例环节。电机仍可看成是转速的比例环节。动态特性是指输入一个阶跃转速时，输出信号电压随时间动态特性是指输入一个阶跃转速时，输出信号电压随时间变化的规律变化的规律5.3 输出特性的误差分析输出特性的误差分析线性特性是希望的理想情况。线性特性是希望的理想情况。实际的测速发电机一定存在误差实际的测速发电机一定存在误差 。一、电枢反应一、电枢反应1.1.使气隙磁场的物理中性面顺着直流发电机的旋转方向使气隙磁场的物理中性面顺着直流

7、发电机的旋转方向偏转。偏转。2. 2. 由于磁路接近于饱和，因此有去磁效应，使输出电由于磁路接近于饱和，因此有去磁效应，使输出电压减小压减小 。输出特性向下弯曲。输出特性向下弯曲。电枢反应对气隙合成磁场的两个影响：电枢反应对气隙合成磁场的两个影响：产生误差的原因：运行中的测速发电机磁极磁通、气隙磁通、产生误差的原因：运行中的测速发电机磁极磁通、气隙磁通、电枢回路电阻电枢回路电阻RaRa和负载电阻和负载电阻RLRL等不能保持恒定不变，都会使等不能保持恒定不变，都会使输出特性产生非线性。输出特性产生非线性。01eaLCLRRk0iLsk kknkRnkRnkknkUUUUsLLLsLLaaaa11

8、100001eaLaLCUnk nRR转速升高，负载电阻变小，都使输出电压误差增大。转速升高，负载电阻变小，都使输出电压误差增大。测速发电机的技术条件中都注明最高转速和最小负测速发电机的技术条件中都注明最高转速和最小负载电阻值，以防超差。载电阻值，以防超差。v二、延迟换向去磁二、延迟换向去磁v换向元件中存在电势和电流，方换向元件中存在电势和电流，方v 向与换向前的电流相同。产生的向与换向前的电流相同。产生的v 磁通与主磁通方向相反，起去磁磁通与主磁通方向相反，起去磁v 作用，称为延迟换向去磁。作用，称为延迟换向去磁。v换向元件的电流及其去磁磁通与转速的平方换向元件的电流及其去磁磁通与转速的平方

9、成正比，它们往往是输出特性曲线高速部分成正比，它们往往是输出特性曲线高速部分产生弯曲现象的主要原因。高精度直流测速产生弯曲现象的主要原因。高精度直流测速机的转速上限主要是受到延迟换向去磁效应机的转速上限主要是受到延迟换向去磁效应的限制。的限制。 v 三、电刷与换向器的接触电阻与接触电压三、电刷与换向器的接触电阻与接触电压v电刷与换向器之间的电阻称为接触电阻，数值不确定。电刷与换向器之间的电阻称为接触电阻，数值不确定。当转速较低，电流较小时，接触电阻较大，测速发电当转速较低，电流较小时，接触电阻较大，测速发电机的输出电压很小，形成不灵敏区机的输出电压很小，形成不灵敏区 。v接触电阻上的压降接触电

10、阻上的压降 称为接触压降。当转速较高，称为接触压降。当转速较高，电枢电流较大时，接触压降为常数。电枢电流较大时，接触压降为常数。 bUaaaaabeabLUUEI RUCnRUR11LaaabbaeLKUUUUURCRv输出特性曲线输出特性曲线v常值接触压降使输出特常值接触压降使输出特v 性曲线向下平移。性曲线向下平移。v同时考虑电枢反应、延同时考虑电枢反应、延v 迟换向去磁、不灵敏区迟换向去磁、不灵敏区v 和接触压降后，实际输出特性如实线和接触压降后，实际输出特性如实线2 2所示。所示。v降低接触压降，缩小不灵敏区：采用特殊电刷，电降低接触压降，缩小不灵敏区：采用特殊电刷，电刷接触表面镀银，

11、镀金。刷接触表面镀银，镀金。v四、纹波四、纹波v纹波主要是由电机本身的固有结构及加工误差引起纹波主要是由电机本身的固有结构及加工误差引起的。的。v纹波的大小用纹波系数衡量纹波的大小用纹波系数衡量 ：v电机绕组数目与纹波的关系：电机绕组数目与纹波的关系：v 绕组元件数越多或换向片数绕组元件数越多或换向片数v 越多），则电势波动的频率越越多），则电势波动的频率越v 高，幅值越小。高，幅值越小。 maxminmaxmin100%UUkUUv 五、火花和电磁干扰五、火花和电磁干扰v换向器和电刷间经常发生电火花，使输出电换向器和电刷间经常发生电火花，使输出电压上有高频尖脉冲，并带来无线电频率的噪压上有高

12、频尖脉冲，并带来无线电频率的噪音和干扰。为了减轻和消除输出电压上的高音和干扰。为了减轻和消除输出电压上的高频毛刺，一般都要在直流测速发电机的输出频毛刺，一般都要在直流测速发电机的输出端接上低通滤波电路。端接上低通滤波电路。1111)()(10RCsCsRCssUsUv温度变化也会引起电枢绕组电阻的变化，并引起电枢绕组电流的变化5.4 直流测速发电机的应用直流测速发电机的应用 作为反馈元件作为反馈元件恒速控制系统原理图恒速控制系统原理图 将转速测出，其输出电压将转速测出，其输出电压 反馈到放大器输入端，与给定反馈到放大器输入端，与给定电压比较电压比较mU二二 作为转速阻尼元件作为转速阻尼元件使系

13、统机械惯性引起的震荡受到阻尼，改变系统的动态性能。使系统机械惯性引起的震荡受到阻尼，改变系统的动态性能。5.2异步测速发电机构造：鼠笼转子和杯形转子构造：鼠笼转子和杯形转子杯形转子精度高，应用广。杯形转子精度高，应用广。 空心杯转子测速发电机的转子是一个薄壁非磁性空心空心杯转子测速发电机的转子是一个薄壁非磁性空心杯。定子上嵌有在空间相差杯。定子上嵌有在空间相差9090电角的两相绕组激磁绕组电角的两相绕组激磁绕组和输出绕组）。和输出绕组）。通常为四极电机。通常为四极电机。二、工作原理二、工作原理激磁绕组激磁绕组 加交流电压激磁，产加交流电压激磁，产 生脉振磁通生脉振磁通 ，与，与 轴线一致，轴线

14、一致， 为直轴方向。为直轴方向。1W11W转子不动时，直轴脉振磁通在转子中感应出变压器电势。转子不动时，直轴脉振磁通在转子中感应出变压器电势。气隙中的磁通是直轴磁通，与输出绕组没有相交，输出绕气隙中的磁通是直轴磁通，与输出绕组没有相交，输出绕组中感应电势和输出电压为零。组中感应电势和输出电压为零。转子转动，转子切割直轴磁通产生旋转电势。频率同转子转动，转子切割直轴磁通产生旋转电势。频率同激磁电压激磁电压f f，大小为，大小为21rEC nrE电势电势 在转子杯中产生短路电流在转子杯中产生短路电流 ，频率为，频率为f f ，大小，大小正比于正比于 和转速。产生的磁通和转速。产生的磁通 频率为频率

15、为f f ，方向为交轴，方向为交轴方向，大小与电流方向，大小与电流 和转速成正比。该磁通在输出绕组中和转速成正比。该磁通在输出绕组中感应出频率为感应出频率为f f 的变压器电势，大小为的变压器电势，大小为 异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小正比于转速。正比于转速。 转向改变时输出电势的相位转向改变时输出电势的相位 也跟着改变。也跟着改变。rErE2I2I22324ECC n异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小正异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小正比于转速。比于转速。 转向改变时输出电势的相位转向改变时输出电

16、势的相位 也跟着改变。也跟着改变。v与直流测速发电机相比，交流测速发电机优点是与直流测速发电机相比，交流测速发电机优点是v（1 1没有电刷和换向器，构造简单，维护容易，没有电刷和换向器，构造简单，维护容易，运行可靠；运行可靠；v（2 2无滑动接触，输出特性稳定，精度高；无滑动接触，输出特性稳定，精度高；v（3 3摩擦力矩小，惯性小；（无刷，空心杯）摩擦力矩小，惯性小；（无刷，空心杯）v（4 4不产生干扰火花。不产生干扰火花。v缺点是缺点是v（1 1存在剩余电压和相位误差；存在剩余电压和相位误差；v（2 2输出斜率小；输出斜率小；v（3 3输出特性随负载性质电阻，电容，电感输出特性随负载性质电阻

17、，电容，电感变化。变化。由规定的检测时间内传感器的脉冲数由规定的检测时间内传感器的脉冲数 计算速度。计算速度。设传感器每转产生的脉冲数为设传感器每转产生的脉冲数为P P，在检测时间段，在检测时间段 （s s）内测得的脉冲数为内测得的脉冲数为 ，则转速，则转速n n为为 r/minr/min5.3 由位移传感器的脉冲信号求转速1mgT1m 以光电增量码盘为代表的角位移传感器的输出信号是以光电增量码盘为代表的角位移传感器的输出信号是方波脉冲信号，脉冲的个数与角位移成正比。由此类脉冲方波脉冲信号，脉冲的个数与角位移成正比。由此类脉冲信号求速度有下述三种方法。信号求速度有下述三种方法。一、一、M M法测速法测速160gmnPT二、二、T T法测速法测速由传感器两个脉冲相隔的时间由传感器两个脉冲相隔的时间T T来确定转速。来确定转速。用频率为用频率为 的时钟脉冲向计数器发送脉冲。用传感器两个的时钟脉冲向计数器发送脉冲。用传感器两个相邻脉冲控制计数的起始和终止。设计数器在相邻脉冲控制计数的起始和终止。设计数器在T T时间内读到时间内读到的时钟脉冲个数是的时钟脉冲个数是 ，那么