直流測(cè)速發(fā)電機(jī)

1、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 第2章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n2.1 直流發(fā)電機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)直流發(fā)電機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu) n2.2 直流電勢(shì)的關(guān)系式直流電勢(shì)的關(guān)系式 n2.3 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)及其輸出特性直流測(cè)速發(fā)電機(jī)及其輸出特性 n2.4 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)誤差及其減小的方法直流測(cè)速發(fā)電機(jī)誤差及其減小的方法 n2.5 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用 n2.6 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo) n2.7 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.1 直流發(fā)電機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu) n2.1.1 工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作是基于電磁感應(yīng)定律， 即：

2、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割磁力線， 在導(dǎo)體中產(chǎn)生切割電勢(shì)； 或者說(shuō)匝鏈線圈的磁通發(fā)生變化， 在線圈中發(fā)生感應(yīng)電勢(shì)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n2.1.2 直流電勢(shì)的形成導(dǎo)體切割磁通產(chǎn)生的電勢(shì)為ei=Bxlv磁場(chǎng)分布和電刷電勢(shì)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n2.1.2 直流電勢(shì)的形成導(dǎo)體切割磁通產(chǎn)生的電勢(shì)為ei=Bxlv磁場(chǎng)分布和電刷電勢(shì)電樞繞組和輸出電勢(shì)等值電路 電樞元件 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 輸出電勢(shì) 直流電機(jī)示意圖 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n2.1.3 直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)靜止部分(稱為定子)：定子鐵心、 勵(lì)磁繞組、 機(jī)殼、 端蓋和電刷裝置等組成；旋轉(zhuǎn)部分(稱為轉(zhuǎn)子)：轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、 電

3、樞繞組、 換向器、 軸等組成。定子和轉(zhuǎn)子之間存在間隙(稱為空氣隙)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n定子主磁極控制用的直流電機(jī)一對(duì)極。勵(lì)磁方式：電磁式，永磁式。n電樞鐵心和電樞繞組n換向器和電刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.2 直流電勢(shì)的關(guān)系式 n當(dāng)電刷A、 B通過(guò)換向片與幾何中心線上的導(dǎo)體相連接時(shí)， 電刷A、 B就把處于一個(gè)磁極下元件的電勢(shì)串聯(lián)起來(lái)， 電刷間的電勢(shì)應(yīng)該等于正負(fù)電刷所連接的導(dǎo)體的電勢(shì)之和：lBplvBeEisiisia11nD60其中：s=N/(2a)n氣隙磁密分布：n電樞表面圓周速度直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) napNEa60或：Ea=Cen，其中Ce=pN/60a 2

4、.2 直流電勢(shì)的關(guān)系式 n磁通一定時(shí)：Ea=Ken， 式中： Ke=Ce， 稱為電勢(shì)系數(shù)。 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.3 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)及其輸出特性 n 2.3.1 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的型式 按照勵(lì)磁方式劃分， 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)有兩種型式。永磁式電磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n2.3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的要求主要是精確度高、 靈敏度高、 可靠性好等。(1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線(稱為輸出特性)應(yīng)為線性；(2) 輸出特性的斜率大；(3) 溫度變化對(duì)輸出特性的影響?。?4) 輸出電壓的紋波要小， 即要求在一定的轉(zhuǎn)速下輸出電壓穩(wěn)定， 波動(dòng)?。?5) 正、 反轉(zhuǎn)兩個(gè)方向的輸出

5、特性一致。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n2.3.3 輸出特性直流電勢(shì):Ea=CennRRCRREULaeLaaa11當(dāng)每極總磁通為常數(shù)時(shí)， 則Ean即輸出電勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比。 測(cè)速發(fā)電機(jī)電刷兩端接上負(fù)載電阻RL后， RL兩端的電壓才是輸出電壓。Ua=Ea-IaRa Ia=Ua / RL直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n輸出特性：負(fù)載時(shí)輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，Ua=f(n)。 n理想情況下、Ra和RL都能保持為常數(shù)，則Ua與n之間仍呈線性關(guān)系, Ua=Kn ；nRRCRREaULaeLaa11n隨著負(fù)載電阻的減小， 輸出特性的斜率變小； n實(shí)際上，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性Ua=f(n)不是嚴(yán)格地呈線性特

6、性， 實(shí)際特性與要求的線性特性間存在誤差。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.4 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小的方法2.4.1 溫度影響Ua=f(n)為線性關(guān)系的條件是勵(lì)磁磁通、Ra、RL為常數(shù)。 實(shí)際上， 電機(jī)周圍環(huán)境溫度的變化以及電機(jī)本身發(fā)熱(由電機(jī)各種損耗引起)都會(huì)引起電機(jī)繞組電阻的變化。 當(dāng)溫度升高時(shí)， 勵(lì)磁繞組電阻增大， 勵(lì)磁電流減小， 磁通也隨之減小， 輸出電壓就降低。 反之， 當(dāng)溫度下降時(shí)， 輸出電壓便升高。 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n解決辦法：在勵(lì)磁回路中串聯(lián)溫度系數(shù)較低的電阻。在勵(lì)磁回路中串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。勵(lì)磁回路中的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 電阻隨溫度變化的曲線

7、 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.4.2 電樞反應(yīng)影響 電機(jī)空載時(shí)， 只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的主磁場(chǎng)。 電機(jī)負(fù)載時(shí)， 電樞繞組中流過(guò)電流也要產(chǎn)生磁場(chǎng)， 稱為電樞磁場(chǎng)。 負(fù)載運(yùn)行時(shí)， 電機(jī)中的磁場(chǎng)是主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)的合成。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 由于電樞磁場(chǎng)的存在， 氣隙中的磁場(chǎng)發(fā)生畸變， 這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。xB0axBxB主磁場(chǎng)的磁通密主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線度分布曲線如果電機(jī)的磁路不飽和(即磁路為線性)， 磁場(chǎng)的合成就可以應(yīng)用疊加原

8、理。如果電機(jī)的磁路飽和，增加少，減少多，電樞反應(yīng)去磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) （R L1R L2) n影響：n，Ea ， Ia ， 飽和RL ， Ia ， 飽和飽和去磁，輸出特性偏離線性n解決辦法：限制最大轉(zhuǎn)速nmax限制最小負(fù)載電阻RLmax直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.4.3 延遲換向去磁換向過(guò)程：電機(jī)旋轉(zhuǎn)， 當(dāng)電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過(guò)電刷進(jìn)入另一條支路時(shí)， 其中電流反向， 由+ia變成-ia的過(guò)渡過(guò)程。元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.4.3 延遲換向去磁由于元

9、件本身有電感， 因此在換向過(guò)程中當(dāng)電流變化時(shí)， 換向元件中要產(chǎn)生自感電勢(shì):換向元件在經(jīng)過(guò)幾何中性線位置時(shí)， 由于切割電樞磁場(chǎng)而產(chǎn)生切割電勢(shì)ea=BlvdtdiLeL方向應(yīng)與換向前的電流方向相同， 是阻礙換向的右手定則可以確定， ea所產(chǎn)生的電流的方向也與換向前的電流方向相同，是阻礙換向的。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.4.3 延遲換向去磁換向元件被電刷短路， 于是總電勢(shì)ek=eL+ea在換向元件中產(chǎn)生附加電流ik, ik方向與ek方向一致。 由ik產(chǎn)生磁通k，其方向與主磁通方向相反， 對(duì)主磁通有去磁作用。 延遲換向去磁eLn2；ean2。 因此， 換向元件的附加電流及延遲換向去磁磁通與n2

10、成正比； 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上限要受到延遲換向去磁效應(yīng)的限制。kik直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.4.4 紋波 根據(jù)Ea=Cen, 當(dāng)、 n為定值時(shí)， 電刷兩端應(yīng)輸出不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定的直流電勢(shì)。 然而， 實(shí)際的電機(jī)并非如此， 其輸出電勢(shì)總是帶有微弱的脈動(dòng)， 通常把這種脈動(dòng)稱為紋波。 紋波主要是由于電機(jī)本身的固有結(jié)構(gòu)及加工誤差所引起的；實(shí)用的測(cè)速機(jī)在結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上都采取了一定的措施來(lái)減小紋波幅值。無(wú)槽電樞直流電機(jī)可以大大減小因齒槽效應(yīng)而引起的輸出電壓紋波幅值直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.4.5 電刷接觸壓降 Ua=f(n)為線性關(guān)系的另一個(gè)條件是Ra為恒值。實(shí)際上， Ra中包含的電刷與

11、換向器的接觸電阻不是一個(gè)常數(shù)。nRRUnCULsbea1電刷接觸壓降Ub與下述因素有密切關(guān)系: n 電刷和換向器的材料；n 電刷的電流密度； n 電流的方向； n 電刷單位面積上的壓力；n 接觸表面的溫度； n 換向器圓周線速度； n 換向器表面的化學(xué)狀態(tài)和機(jī)械方面的因素。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 換向器圓周線速度對(duì)Ub影響較小， 在小于允許的最大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 可認(rèn)為速度不會(huì)引起Ub的變化。 但是隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞電流Ia增大，電刷電流密度增加。當(dāng)電刷電流密度較小時(shí)，隨著電流密度的增加，Ub也相應(yīng)地增大。 當(dāng)電流密度達(dá)到一定數(shù)值后， Ub幾乎等于常數(shù)。考慮電刷接觸壓降后的輸出特性 在轉(zhuǎn)速

12、較低時(shí)，輸出特性上有一段斜率顯著下降的區(qū)域。 此區(qū)域內(nèi)， 測(cè)速機(jī)雖有輸入信號(hào)(轉(zhuǎn)速)， 但輸出電壓很小， 對(duì)轉(zhuǎn)速的反應(yīng)很不靈敏， -不靈敏區(qū)。采用接觸壓降較小的銀石墨電刷。 在高精度的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)中還采用銅電刷， 并在表面上鍍上銀層， 使換向器不易磨損。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.5 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用n測(cè)速發(fā)電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為測(cè)量或自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之用； n在隨動(dòng)系統(tǒng)中用來(lái)產(chǎn)生電壓信號(hào)以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度； n在計(jì)算解答裝置中作為微分和積分元件。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.5.1 作為系統(tǒng)的阻尼元件直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) n伺服電動(dòng)機(jī)控制電壓dtdkUf2d

13、tdkkkkUUkUfg32313)()()(1kUgn無(wú)測(cè)速機(jī)(-)0，但趨近0時(shí)，因慣性n0，使(-)0；(-)0；n有測(cè)速機(jī)(-)0，但趨近0時(shí)，因 - Uf0，使U=0,n=0；(-)0，使U=0,n=0；有阻尼作用，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能；tt直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.5.2 對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械作恒速控制恒速控制系統(tǒng)原理圖 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.6 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.7 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)2.7.1 發(fā)展高靈敏度測(cè)速發(fā)電機(jī)電機(jī)直徑大;軸向尺寸小;電樞元件數(shù)多刷間的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出電壓斜率大， 靈敏度比普通測(cè)速機(jī)高1000 倍,紋波系數(shù)小。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) CYD系列直流高靈敏度測(cè)速發(fā)電機(jī) 美國(guó)Inland公司直徑為 250 mm的產(chǎn)品：n 其速比范圍為 1 3000, n最低轉(zhuǎn)速可低于 1 轉(zhuǎn)每天，n紋波系數(shù)小于 0.1%，n線性誤差低于