第2章 直流测速发电机

第2章直流测速发电机2.1直流电机工作原理和结构2.2直流电机的电枢电势和电磁转矩2.3直流测速发电机及其输出特性2.4直流测速发电机误差及其减小的方法2.5直流测速发电机的应用2.6直流测速发电机的性能指标2.7直流测速发电机的发展趋势2/26/202411.了解直流电机的主要结构，尤其注意换向器和电刷的作用，电枢绕组排列的规律以及它们在实现机电能量转换中的功用。本章基本要求2.熟练掌握感应电势和电磁转矩这两个机电能量变换要素的物理意义和计算公式。3.掌握直流测速发电机的输出特性和误差产生的原因及其减小误差的方法。4.掌握直流测速发电机的主要技术指标。5.了解测速发电机的应用。2/26/202422.1直流电机的工作原理和结构

2.1.1工作原理直流电机的工作是基于电磁感应定律和电磁力定律，即运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电势；或者说交链线圈的磁通发生变化，在线圈中发生感应电势。载流导体在磁场中受到的力2/26/20243NS一、直流发电机的工作原理NS－E＋－E＋电刷换向片外接负载，导条中有电流时会产生什么现象？2/26/20244输出直流电换向原动机感应电动势、电流Φ电磁转矩（阻转矩）做功1.电磁关系2.直流发电机的特点：

电刷间的电势与导体电势的性质不同；

电枢电势与电流同方向；

电磁转矩的方向与电机的转向相反，为制动转矩。电刷间电势为直流电势，导体电势为交变电势；2/26/20245根据法拉第电磁感应定律，导体切割磁通产生的电势为ei=Bxlv

式中，Bx为导体所处位置的气隙磁通密度；l为导体有效长度(即电枢铁心的长度)；v为导体切割磁场的线速度(即电枢圆周速度)。3.直流电势的波形前面的讨论，只是得出了电刷电势极性不变的结论，但其大小和波形是否随时间变化，还需进一步分析。2/26/20246

对已制成的电机，l为定值，若电枢转速n恒定，则v亦为常值，所以ei∝Bx。磁场分布在整个磁极下，气隙磁通密度沿电枢圆周不是均匀分布，而是按图所示规律分布的。导体处于不同位置，产生的电势大小不同，其随时间变化的规律与Bx相同。2/26/20247为减小电势的脉动程度，实际电机中不是只有一个线圈(元件)，而是由很多元件组成电枢绕组。这些元件均匀分布在电枢表面，并按一定的规律连接。经换向器换向后，电刷间电势虽然方向不变，但却有很大的脉动，如图所示。这样的电势不是直流电势，称其为脉动电势。电刷电势2/26/20248

若有两个元件，有四个元件边，元件边空间位置夹角90°，则元件电势时间相位差90°。四个元件边时电刷输出电势的波形比较可见，此时输出电势平均值变大，脉冲相对来说变小。电刷电势是支路中两个元件电势曲线之合成，即曲线3。2/26/20249

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。若电机每极下的导体数大于8，电势脉动幅度已小于1%，可以认为是恒定直流分量。直流发电机工作原理表明，直流电机电枢绕组所感应的电势为交变电势；由换向器配合电刷的作用把交流电势“换向”成为直流电势；上述这种电机称为换向器式直流电机。2/26/202410NS－U＋二、直流电动机的工作原理NS＋U－2/26/202411NS直流电动机的工作原理NS＋U－＋U－电刷线圈边切割磁感线会产生什么？换向片2/26/202412直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)换向机械负载Φ旋转克服反电动势做功电磁关系2/26/202413作为发动机运行：用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。直流电动机的特点：

通过电刷间的电流与导体电流的性质不同；

电枢电势与电流反方向，称为反电势。

电磁转矩的方向与电机的转向相同，为驱动转矩。通过电刷电流为直流电流，导体电流为交变电流；直流电机的可逆性原理：作为电动机运行：在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；2/26/202414三、实际电机的模型电枢铁心表面有齿有槽，槽中安放元件。匝数等于1的元件称为单匝元件，匝数大于1的称为多匝元件。直流电机一般都采用多匝元件。实际电机模型2/26/202415放在槽中的元件边为有效边，连接有效边的导线称为端部连线。元件的两个有效边分别安放在电枢圆周两个相对的槽中，且一个有效边放在槽的上层(靠近槽口)，另一个有效边放在槽的下层(靠近槽底)，并用上层边所在的槽号表示元件号。电枢元件2/26/202416单迭绕组的连接（设共有8个元件，两组电刷）AB12345678A

B1

2

3

48

7

6

57

6

5

48

1

2

3AB结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。AB12345678四、直流电枢绕组展开图的画法2/26/202417NSNS123456789101112123456789101112A1B1A2B2单叠绕组的展开图A1A2B1B236'

4

7'

58'11'8

10'7

9'6912'

10

1'

112'5'2

4'1

3'12※并联支路对数：a=2。n2/26/202418单叠绕组的展开图※习惯称“电刷放在几何中心线位置”。磁极中心线几何中心线※

电刷的中心线对着磁极的中心线：①电刷之间的电动势最大。②被电刷短接的元件电动势为零。A1B1A2B2NSNS12345678910111212356891112n电刷应放在轴线与主极轴线重合的元件所接的换向片的分界线上。2/26/202419直流电机示意图2/26/202420

2.1.2直流的电机基本结构直流电机总体结构可以分成两大部分：静止部分(称为定子)和旋转部分(称为转子)。定子和转子之间存在间隙(称为空气隙)。定子由主磁极、换向极、机壳、端盖和电刷装置等组成。转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴等组成。一般小型电机的轴是通过轴承支撑在端盖上的。直流电机的基本结构示意图如图所示。2/26/202421直流电机剖面图1—换向器2—电刷装置3—机座4—主磁极5—换向极6—端盖7—风扇8—电枢绕组9—电枢铁心2/26/2024222/26/202423一、直流电机的定子部分1.主磁极2.换向极(1)主磁极铁心(2)励磁绕组(3)机座(1)换向极铁心(2)换向极绕组3.机座：用来固定主磁极、换向极和端盖；又作为磁路的一部分。

2/26/202424

小容量直流电机的定子铁心往往将磁极和磁轭连成一体，用厚为0.35～0.5mm的电工钢片的冲片叠压而成。铁心外处的机壳由铝合金浇铸而成，无换向极。为了使主磁通在空气隙中的分布更为合理，磁极的极掌(或称极靴)较极身为宽，这样也可使励磁绕组牢固地套在磁极铁心上。励磁绕组由铜线绕制而成，包上绝缘材料以后套在磁极上。当励磁绕组通以直流电时，就产生磁通，形成N、S极。直流电机可以做成多对极，但控制用的直流电机一般做成一对极。2/26/202425上述的励磁方式称为电磁式。此外，在控制电机中，定子磁极还可以用永久磁钢做成，称为永磁式。小型电机定子结构简图2/26/202426二、直流电机的转子部分4.电刷装置1—刷握2—电刷3—压紧弹簧4—铜丝辫1.电枢铁心a)—电枢铁心冲片b)—电枢铁心电刷放在电刷座中，用弹簧将它压在换向器上，使之和换向器有良好的滑动接触。2/26/2024272.电枢绕组——由许多按一定规律连接的线圈组成。1—槽楔2—线圈绝缘3—导体4—层间绝缘5—槽绝缘6—槽底绝缘电枢槽内的绝缘3.换向器——由许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。1—换向片2—连接片2/26/202428在直流发电机中，电刷和换向器的作用是将电枢绕组中的交变电势转换成电刷间的直流电势。

在直流电动机中，电刷和换向器的作用是将直流电流变成电枢绕组中的交变电流。2.1.3直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1.额定功率PN(W或kW)：输出功率2.额定电压UN(V)：电刷间电压3.额定电流IN(A)：流过电刷的电流4.额定转速nN(r/min)：电机轴的转速5.额定励磁电压UfN(V)发电机：电动机：2/26/2024292.2直流电机的感应电动势和电磁转矩电刷A、B间的电动势，应该等于正、负电刷所连的导体的电势之和，即一条支路的电势：直流电机无论作电动机运行，还是发电机运行，电枢内部都感应产生电动势和电磁转矩，所以这两个物理量在电机中是非常重要的。2.2.1电枢电势的计算2/26/202430对于已制成的电机，l为常数，当速度v一定时，导体的感应电势ei便正比于该导体所在处的磁通密度Bx，即ei∝Bx。电枢表面不同位置上的导体瞬时感应电势ei不同，取一个磁极下气隙磁通密度的平均值为Bp，求出一个导体在一个磁极下的平均电势为eav：eav=Bplv电刷间的电势Ea便等于一个磁极下导体的平均电势乘上一条支路所串联的导体数S,即Ea=Seav=SBplv2/26/202431D为电枢直径，单位为(m)；n为电枢转速，单位为(r/min)。

电枢表面圆周速度Φ为每极总磁通，单位(Wb)；τ为极距，极距=电枢圆周长/极数，单位为(m)；l为电枢铁心长度，单位为(m)。在电机中，通常用转速n和每极总磁通Φ表示电枢表面圆周速度v和平均磁通密度Bp2/26/202432所以而πD/τ=2p(p为电机的极对数)，所以上式变成电刷间的总电势S=N/(2a)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，所以S值等于电枢绕组总导体数N除以电刷间的并联支路数2a2/26/202433所以电枢电势和电磁转矩是直流电机中非常重要的关系式，希望同学们牢记，并能熟练应用。或写成Ea=CeΦn单位：Φ的单位为Wb;n的单位为r/min，则Ea的单位为V

；Ce=pN/(60a)，称为电势常数，由电机本身的结构参数决定。当每极磁通Φ一定时，Ea=Ken2/26/2024341.电磁转矩的产生F→T2.电磁转矩的定义

Bl极距电枢电流i

磁场Φ2.2.2电磁转矩的计算载流导体在磁场中将受到力的作用；此力作用在电枢外圆的切线方向，将产生电磁转矩；2/26/202435

一根导体的电磁力产生的转矩为设空气隙中平均磁通密度为Bav，电枢绕组总的导体数为N，若电刷位于几何中性线上，各导体电流产生的沿切线方向的电磁力方向相同，则电机转子所受到的总转矩为式中，ia为导体的电流；D为电枢直径。2/26/202436将Bp用每极总磁通Φ表示，Bp=Φ/(τl)，导体电流ia用电枢总电流Ia表示，ia=Ia/(2a)，a为并联支路对数。则或者写成其中称为转矩常数，由电机本身的结构参数决定。2/26/202437若每极磁通Φ的单位为Wb，电枢电流Ia的单位为A时，则电磁转矩T的单位为N·m。对发电机：T与n方向相反，为制动转矩。对电动机：T与n方向相同，为驱动转矩。当Φ不变时，电磁转矩可写成Te=KTIaKT=CTΦ,称为转矩系数。感应电势常数与转矩常数Ce与CT有如下关系：2/26/202438概述测速发电机(TG)是一种能把转子转速转换为电压信号的机电式元件。输出电压与转速成正比关系：

Ua=Kn

或Ua=K'=K'd/dtTG可以在自动控制系统和解算装置中作为测速元件、校正元件、解算元件

等。

TG有直流和交流之分，直流TG分为模拟型和数字型两大类，交流TG分为异步和同步两大类。首先介绍直流TG2.3直流测速发电机及其输出特性2/26/2024391.模拟型双输出：一个作速度检测，另一个作速度反馈，在系统中作检测和反馈元件。永磁低速式：可与系统工作轴直耦合，在高精度低速伺服系统中作阻尼和反馈元件。霍尔效应：无刷、齿槽及绕组，便于小形化，可作为低速精密测速元件。对制造精度、霍尔元件及永磁材料的性能要求高，且输出信号弱。有永磁式和电磁式。2.3.1直流测速发电机的型式2/26/202440永磁式直流测速发电机电磁式直流测速发电机此外还有无刷式、直线式、无槽电枢等。2/26/2024412.数字型（1）感应子脉冲测速发电机（包括双输出）特性：输出的脉冲频率f与转速成正比。特点：无刷，结构简单，运行可靠，价格低。单输出不能判别转速方向，双输出能(输出两路幅值、频率相同、相位差90o的脉冲信号)。用途：在鉴相及锁相伺服系统中，作检测和积分元件。（2）光电式测速元件利用光电脉冲检测转速，精度高。但耐高温、耐冲击及耐潮湿性能差。2/26/202442

(1)输出电压与转速的关系曲线(称为输出特性)应为线性；

(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，即要求在一定的转速下输出电压要稳定，波动要小；

(5)正、反转两个方向的输出特性要一致。

自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。据此，直流测速发电机在电气性能方面应满足以下几项要求：2.3.2自动控制系统对直流测速发电机的要求2/26/202443发电机电刷两端接上负载电阻RL后，RL两端的电压是输出电压。负载时测速发电机的输出电压等于感应电势减去它的内阻压降，即

Ua=Ea-IaRa

称为直流发电机电压平衡方程式。式中，Ra为电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组的电阻、电刷和换向器之间的接触电阻；Ia为电枢总电流，且有直流电势公式:Ea=CeΦn

2.3.3

直流测速发电机的输出特性2/26/202444只要保持

、Ra和RL不变，Ua与n就成正比关系。根据Ua=Ea-IaRa和Ia=Ua

/

RL得Ua

=1+(Ra/RL)EaUa

=Ce

1+RaRLn

Ea=Cen指输出电压与输入转速之间的函数关系。=

K

nIaTGUa+Ea-RLn输出特性:2/26/202445输出特性曲线当负载RL变化时，输出特性斜率将发生变化。改变转子转向，Ua的极性随之改变。系统还要求直流TG的正反向特性对称。UanoRL1RL2onUaUa

=Ce

1+RaRLn>2/26/202446输出特性是负载时输出电压与转速的关系。如果式中Φ、Ra和RL都能保持为常数，则Ua与n之间仍呈线性关系，只不过是随着负载电阻的减小，输出特性的斜率变小而已。上述的输出特性是理想情况下，即Φ、Ra不变，RL为一定时的输出特性。实际上，测速发电机的输出特性Ua=f(n)不是严格地呈线性特性，实际特性与要求的线性特性间存在误差。下面将分析引起误差的原因和减小误差的方法。2/26/2024472.4直流测速发电机的误差及其减小的方法产生非线性误差的主要因素有电枢反应、延迟换向、温度、纹波和电刷接触压降等。Ua

=Ce

1+RaRLn要保证Ua=Kn，必须保持主磁通

和电枢回路总电阻Ra恒定不变。实用中，Ua—n之间并不能严格地保持正比关系，即会出现误差。oUan理想特性实际特性2/26/202448

2.4.1电枢反应影响

一、直流电机的磁场电机空载时，只有励磁绕组产生的主磁场。电机负载时，电枢绕组中流过电流也要产生磁场，称为电枢磁场。负载运行时，电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成。电枢磁场对气隙磁场的影响叫电枢反应。下图（a）是定子励磁电流产生的主磁场，即空载磁场；（b）是电枢电流产生的电枢磁场，（c）是主磁场和电枢磁场的合成磁场。2/26/202449直流电机磁场2/26/2024501.电枢电流产生的电枢磁场①电枢导体的电流方向总是以电刷为其分界线，即电刷两侧导体中的电流大小相等，方向相反。②不论转子转到哪个位置，电枢导体电流在空间的分布情况始终不变。③电枢电流所产生的磁场在空间的分布情况也不变，即电枢磁场在空间是固定不动的恒定磁场。④其磁力线的分布可以根据右手螺旋定则作出，上图(b)。⑤由于电刷位于几何中性线上，所以电枢磁场在电刷轴线两侧是对称的，电刷轴线就是电枢磁场的轴线。2/26/2024512.电枢反应的特点

(2)对主磁场起去磁作用(1)使气隙磁场发生畸变空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线一个角，磁通密度的曲线与空载时不同。磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极下的磁通量与空载时相同。磁路饱和时，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，使增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。2/26/202452二、电枢反应对输出误差的影响发电机带负载后，电枢中有电流Ia通过，故产生电枢磁场

a。

a的大小与Ia有关，由于铁磁物质具有饱和性，所以电枢反应的结果使合成磁场减小并产生畸变。①RL一定都使电枢反应强烈，去磁作用增强，导致输出特性非线性严重。②n一定n过高

Ua大

Ia大RL过小

Ia大三、解决办法限制最高转速nmax

和最小负载电阻值RLmin。2/26/202453一、换向概述为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。电枢移到电刷与换向片1、2接触时，元件1的被短路，电流如图所示。电刷与换向片1接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小为

i=ia。元件1122.4.2.延迟换向的影响2/26/202454换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周期Tk

。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。电刷仅与换向片2接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小i=-ia。2/26/202455二、换向的电磁理论1.换向元件中的电动势：电抗电势eL：nNSeLeL根据楞次定律自感电动势的方向与换向前电流方向相同，即总是阻碍换向的。在换向周期Tk内，换向元件电流要从(+ia)变到(-ia)，所以，换向元件内有自感电动势:eL

=-Ldiadt=-L2IaTk2/26/202456换向元件中的合成电动势为：根据右手定则，判断电势的方向，如图。nNS

aeaceac

k在几何中性线处，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。换向区域的磁场有三种：主极磁场、换向极磁场和电枢反应磁场。电枢反应电势eac：旋转电势ec：换向元件切割换向区域内的磁场感应的电势。eac与换向前电流方向相同，即总是阻碍换向的。2/26/202457以图所示的电流和电动势的正方向为参考方向，可以列出元件1回路的电动势平衡方程式

i1Rb1-i2Rb2=Σe

为了清楚，将换向元件1单独画出。图中i表示换向电流，i1、i2表示元件出线端和1和2中的电流；Rb1和Rb2表示电刷与换向片1和2的接触电阻，元件电阻略去不计；2.换向元件中的电流2/26/202458式中称为附加电流。称为直线换向电流；

Rb1和Rb2分别表示时间为t时，换向片1和2与电刷的相应的接触电阻，则由于Σe的阻碍作用，使换向过程延迟，总电势在换向元件中产生附加电流ik，ik产生磁通

k。

k

对主磁通起去磁作用。2/26/202459解决办法：也是限制最高转速nmax和最小负载电阻。所以：当转速太高或RL太小时,会使输出特性产生严重的非线性。其中转速的影响较大。三、延迟换向的影响：转速与负载的影响n高Tk小Ua高Ia大eL=Ls2IaTk大→eL∝n2n高切割速度快Ua高Ia大

a大ea大→ea∝n2RL小Ia大eL

和

ea都增大2/26/202460实用中，电磁式TG的励磁绕组长期通电会发热。如铜导线的温度系数是0.0041/℃,即温度每增加25℃,励磁绕组电阻Rf便增加10%。

Rf的增加，导致

下降，Ua降低，破坏了原有的比例关系。热敏电阻应具有负的温度系数，当温度增加时，并联网络电阻的减小补偿了励磁绕组电阻Rf的增加，励磁回路总电阻基本不变。2.4.3.温度的影响解决方法：

(1)励磁回路串联热敏电阻UfLfIfRttoCRfNfR2/26/202461当温度增加时,励磁回路总电阻(R+Rf)变化甚微；

R用温度系数很小的锰镍或镍铜合金制成。H∝If

，电流变化较大时,磁通变化很小。(2)励磁回路串联较大的附加电阻R(3)将磁路设计得比较饱和R>>Rf→If=UfR+Rf

H较大

B较小BHoUfLfIfRfNfR≈RUf2/26/2024622.4.4.纹波的影响

TG的输出电压含脉动成份，这种脉动称为纹波。

(1)引起脉动的因素

①换向片数有限；

②换向器表面粗糙，与电刷接触不良引起电刷跳动；

③电枢铁心椭圆或偏心等造成气隙不均匀。

④换向的影响；还有：齿、槽效应；转速变化；励磁电源波动等。oeat两个元件的电势波形四个元件的电势波形(2)纹波对速度反馈、加速度反馈系统不利，对解算装置(如微积分运算)的影响更大。2/26/202463①使每极下串联的元件数尽量多；②采用银—石墨电刷,改善滑动接触；③加工时保证定、转子同心度；④减小换向区气隙磁密，以削弱换向电势。⑤保证电刷位于中性线,并减小电刷宽度,以减小气隙磁场的变化。(3)降低纹波的办法(1)引起脉动的因素①换向片数有限；②换向器表面粗糙，与电刷接触不良引起电刷跳动；③电枢铁心椭圆或偏心等造成气隙不均匀。④换向的影响；还有：齿、槽效应；转速变化；励磁电源波动等。2/26/202464接触电阻随电流增大而减小接触电阻基本不变2.4.5.电刷接触压降的影响n较低时，ia较小，电刷接触电阻较大且基本不变。设电刷接触压降为

Ub，则输出特性为Ua

=Ce

n-

Ub1+RLRwRw是电枢回路中除电刷接触电阻外的总电阻。

Uboian较高时，ia

较大，电刷接触电阻随ia的增大而减小，

Ub随ia的增加而增大；

Ub可认为是常数。2/26/202465

Ub的存在使输出特性出现不灵敏区

Ub主要与下列因素有关：

①电刷与换向器材料；

②电刷中电流密度、方向；

③电刷单位面积压力；

④表面接触温度；

⑤换向器圆周线速度；

⑥化学与机械方面的原因。解决措施采用银—石墨电刷；采用铜电刷，并在换向器表面镀银。Uano

Ub不灵敏区nbL2/26/2024662.5直流测速发电机的应用举例一、选择测速发电机的基本原则1.考虑系统的频率、电压、工作速度范围；2.考虑在系统中所起的作用：

作解算元件、高精度伺服系统中的测量元件时，要求线性误差要小、输出电压的稳定性要好；

作一般速度检测或阻尼元件时，灵敏度K要高；

对要求快速响应的系统则应选转动惯量小的测速发电机。3.若交、直TG都能满足要求时，则需考虑它们的优缺点：2/26/202467交流TG的特点没有电刷换向器，构造简单，维护方便，运行可靠；无滑动接触，输出特性稳定，精度高；摩擦力矩小，惯量小，无火花干扰；正反转输出电压对称。不足：存在相位误差和剩余电压；输出斜率小；输出特性随负载性质的改变而有所不同。直流TG的特点输出电压没有相移；无剩余电压；输出功率较大，可带较大负载；温度补偿较容易。不足：有电刷换向器，故结构复杂，维护困难，且摩擦转距较大，对无线电有干扰，存在不灵敏区。2/26/202468二、应用举例1.作速度测量元件这是一个单闭环恒速控制系统。用直流TG作速度检测元件，使M恒速运转。调节Rw改变给定值Ug，即可改变转速n。∼+-=M-ETGnUaUgU=K(Ug-Ua)ULRw2/26/202469

当直流伺服电动机的负载阻力矩变化时，电动机的转速也随之改变。∼+-=M-ETGnUaUgU=K(Ug-Ua)ULRw2/26/202470∼+-=M-ETGnUaUgU=K(Ug-Ua)ULRw

为了使旋转机械在给定电压不变时保持恒速，在电动机的输出轴上耦合一测速发电机，并将其输出电压与给定电压相减后加入放大器，经放大后供给直流伺服电动机。2/26/202471

当负载阻力矩由于某种因素减小，电动机的转速便上升，此时测速发电机的输出电压增大，给定电压与输出电压的差值变小，经放大后加到直流电动机的电压减小，电动机减速；∼+-=M-ETGnUaUgU=K(Ug-Ua)ULRw2/26/202472

若负载阻力矩偶然变大，则电动机转速下降，测速机输出电压减小，给定电压和输出电压的差值变大，经放大后加给电动机的电压变大，电动机加速。

尽管负载阻力矩发生扰动，但由于该系统的调节作用，使旋转机械的转速变化很小，近似于恒速。

给定电压取自恒压电源，改变给定电压便能达到所希望的转速。2/26/202473不接TG：U=U'=K(

-)当

<时，U'>0，电动机正转，使向靠近；到

=

时，虽然U'=0，但由于惯性的作用，n并不为0，而是继续向

增大的方向转动；到

>时，U'<0，产生制动转距，并反转。同样，反转时也能冲过头，使系统产生衰减振荡。2.作阻尼元件雷达天线控制系统原理示意图前置放大器与解调器直流功率放大器直流力矩电动机直流TG

--UU'Ua2/26/202474接上TG：当接近

时，就出现U'<0，产生制动力矩，使系统很快停留在

=的位置上。ddt>0在

增加过程中,前置放大器与解调器直流功率放大器直流力矩电动机直流TG

--UU'UaddtK'U'=K(a-

)

-d

dtK'2/26/202475

3.作解算元件

Ua=K

U，因K相当大，Ua为有限值，故可认为

U=U1(t)-U

≈0。dtdU

=K'实现了输入量对时间的积分。SMTGU1(t)U

UUa

放大倍数K很大的放大器

+EU2即

U1(t)dtd-K'≈0=K'1∫U1(t)dt2/26/202476

2.6直流测速发电机的性能指标直流测速发电机的主要性能指标列在P23表2-1中。2/26/202477直流TG的主要技术性能指标

1.线性误差含义：在工作转速范围内和规定的负载条件下，实际输出电压与理想输出电压之最大误差对理想输出特性最大输出电压之比：在实际特性的b点向原点引一条参考直线，

UmnmaxUam理想特性Uano实际特性nb

=56nmax

该直线为理想输出特性。

x=

UamaxUam

100%意义：反映精度。范围：0.5%～1%；精密TG的

x

为0.1%～0.25%。bnb2/26/202478

2.灵敏度K(输出斜率)含义：在额定励磁条件下，单位转速(1000rpm)时所产生的输出电压。意义：反映灵敏度。K是输出特性的斜率，又称静态放大系数，其值越大，灵敏度越高。一般指标：(2～200)V/krpm。机座号大，K大。3.不灵敏区nbL含义：由于换向器和电刷间的接触压降

Ub

而导致在零速附近输出特性斜率显著下降的转速范围。意义：设计低速系统时考虑。n<nbL时，Ua≈0。2/26/2024794.最高线性工作转速nmax

和最小负载电阻RLminnmax：在允许线性误差范围内的最高电枢转速，也是额定转速；一般为1500～104rpmRLmin：保证输出特性在线性范围内的最小负载电阻值。