测速发电机.ppt

1、第三章 测速发电机,测速发电机,测速发电机是一种测量转速的信号元件，它将输入的机械转速变换成为电压信号输出。 要求： 输出电压与转速成正比，U2=Kn, 并保持稳定； 剩余电压(转速为零时的输出电压）要小； 输出电压的极性或相位能反映被测对象的转向； 温度变化对输出特性的影响小； 灵敏度高，即输出电压对转速的变化反应灵敏，输出特性斜率要大； 转动惯量和摩擦转矩小，以保证反应迅速。,3.1 概述,主要类型：,测速发电机,直流,交流,异步,同步,电磁式,永磁式,工作原理与普通直流发电机相同。 电枢电势为：,空载时，Ia=0, Ua=Ea,负载时，,3.2 直流测速发电机,可见，理想情况下C为常数，

2、所以，直流测速发电机负载时的输出特性仍然是一条直线。负载电阻越大，直线斜率就越大。 实际情况是，输出特性会偏离直线，如图中虚线所示。,n,Ua,0,电枢反应 对策： 选用较大气隙和较小线负荷； 转速不超过最大线性工作速度，负载电阻不小于最小负载电阻； 补偿绕组；,产生误差的原因和改进方法,电刷接触电压降,对策：选用导电性能较好的电刷,电刷位置的影响,当直流测速发电机带负载运行时，若电刷没有严格位于几何中心线上，会造成测速发电机正反转时输出电压不对称。 即：在相同的转速下，发电机正反向旋转时，输出电压不完全相等。 措施：让电刷严格位于中性线上。,对策： 将磁路设计的较饱和； 在励磁回路中串电阻；

3、 在励磁回路中串联具有负温度系数的热敏电阻； 励磁回路由恒流源供电,温度的影响,纹波的影响,直流测速发电机在和n固定时，输出电压也不是稳定的直流电压，而总带有微弱的波动，成为纹波 原因：主要是电机本身的固有结构和加工误差所引起 对策：增加支路元件数，电枢采用斜槽结构，无槽结构,线性误差U% 最大线性工作转速nm 输出斜率Kg 最小负载电阻RL 不灵敏区n 输出电压的不对称度,直流测速发电机的性能指标,举例：,例:一台直流测速发电机在转速3000r/min时的空载输出电压为52V,接上 2000欧负载后的输出电压为50V,求转速为1500r/min,负载5000欧时的输出电压Ua. 解:由,因此

4、:,=(52/3000)(1500)/1+(80/5000)=26/1.016=25.5V,得,1. 基本结构 1） 同步测速发电机 因感应电势频率随转速而变，致使电机本身的阻抗及负载阻抗均随转速而变化，因此，输出电压不再与转速成正比关系，应用较少。 2） 异步测速发电机 结构与杯形转子交流伺服电动机类似，由内、外定子，非磁性材料制成的杯形转子等部分组成。 定子上放置两个在空间相互垂直的单相绕组，一个为励磁绕组，另一个为输出绕组。,3.3 交流异步测速发电机,转子静止时,转子旋转时,2. 工作原理：,转子杯导条切割磁通d而产生旋转电动势Er，其交变频率为f，大小为,当磁通d的幅值恒定时，则电动

5、势Er与转子的转速成正比。,气隙磁通d的变化； 励磁电源的影响； 温度的影响。,产生误差的原因及减小的措施：,气隙磁通d的变化,改进措施： 减小励磁绕组漏阻抗； 增大转子电阻； 提高励磁电源频率,电源电压幅值不稳定，会直接引起输出电压的波动。 频率的变化对输出电压的大小和相角也有明显的影响。 随着频率的增加，在电感性负载时，输出电压稍有增长；而在电容性负载时，输出电压的增加比较明显；在电阻负载时，输出电压的变化是最小的。 频率的变化对相角的影响更为严重。因为频率的增加使得电机中的漏阻抗增加，输出电压的相位更加滞后。但当转子电阻较大时，相位滞后的要小一些。此外，波形的失真会引起输出电压中含有高次

6、谐波分量。,励磁电源的影响,电机温度的变化，会使励磁绕组和空心杯转子的电阻以及 磁性材料的磁性能发生变化，从而使输出特性发生改变。 温度升高使输出电压降低，而相角增大。为此，在设计空 心杯时应选用电阻温度系数较小的材料。在实际使用时， 可采用温度补偿措施。最简单的方法是在励磁回路、输出 回路或同时在两个回路串联负温度系数的热敏电阻来补偿 温度变化的影响。,温度的影响,线性误差 相位误差,异步测速发电机的技术指标：,转速为零时输出绕组所产生的电压，包括基波分量和高次谐波分量。一般几十毫伏。,剩余电压对输出特性的影响,剩余电压（零速电压）,变压器分量、旋转分量和电容分量,内定子椭圆引起的剩余电压,

7、产生变压器分量的原因： 励磁绕组轴线与输出绕组轴线不垂直；或磁路不对称； 定子加工不良，造成气隙不均匀。,剩余电压基波分量,旋转分量 由于铁心材料各向磁滞变化的情况不同，或者铁心片间短路以及空心杯转子的材料和壁厚不均匀，都会导致去磁效应不同，使电机气隙圆周上各点磁密相位不一致，而形成一个椭圆形旋转磁场，使输出绕组产生感应电动势，产生剩余电压 。 电容分量 由于励磁绕组和输出绕组之间会存在寄生的分布电容,当励磁绕组加交流电压时，通过寄生的分布电容也会在输出绕组中产生电压 。,剩余电压的交变分量,剩余电压的基波分量也可分为交变分量和固定分量。交变分量是由于转子形状不规则及材料各向异性等原因所引起，

8、其大小与转子位置有关，随转子位置成周期性变化。除此之外，其他原因所引起的剩余电压与转子位置无关，即为剩余电压的固定分量。,减小剩余电压的措施： 改进制造材料和工艺，降低磁路饱和程度； 采用内外定子铁心可调结构； 采用补偿绕组（可补偿剩余电压的固定分量）；,剩余电压的高次谐波分量产生原因： 1. 励磁电源电压波形为非正弦波； 2. 电机磁路的饱和。,外接补偿装置,校正补偿,电桥补偿,异步测速发电机的使用：,1.主要用于交流伺服系统和解算装置中。选用时，应根据系统的频率、电压、工作转速的范围和具体用途来选择规格 2.优点： 不需电刷和换向器，结构简单 无滑动接触，输出特性稳定、精度高 J小，摩擦力矩小 无火花，不产生干扰无线电 正反转输出电压对称,3. 缺点： 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而不同（R、L、C）,(1). 霍尔无刷直流测速发电机,霍尔效应,KH霍尔元件灵敏度； RH霍尔系数。,3. 其他型式的测速发电机,转子不动时，定子绕组中无电势，霍尔元件的控制电流为零，所以霍尔电动势为零。,霍尔测速发电机原理图,霍尔测速发电机接线图,绕组中的感应电势：,霍尔电势：,调节RA和RB，使,若将两个霍尔元件反向串联，则总的输出电压为,优点： 无剩余电压，不含脉动成份，转子惯量小，寿命长，可靠性高，容易维护。,转速自动调节系统,1-放大器；2-电动机；3-负载；