測速發(fā)電機講課稿

1、測速發(fā)電機 測速發(fā)電機是一種測量轉速的信號元件，它將輸入輸入的機械轉速機械轉速變換成為電壓信號電壓信號輸出輸出。要求：要求：輸出電壓與轉速成正比，U2=Kn, 并保持穩(wěn)定；剩余電壓(轉速為零時的輸出電壓）要小；輸出電壓的極性或相位能反映被測對象的轉向；溫度變化對輸出特性的影響?。混`敏度高，即輸出電壓對轉速的變化反應靈敏，輸出特性斜率要大；轉動慣量和摩擦轉矩小，以保證反應迅速。3.1 概述概述主要類型：主要類型：測速發(fā)電機直流交流異步同步電磁式永磁式工作原理與普通直流發(fā)電機相同。電樞電勢為：aeeECnK n 空載時，Ia=0, Ua=EanU0負載時，aaaaRIEULaaRUI 3.2 直流

2、測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機可見，理想情況下可見，理想情況下C為常數，所為常數，所以，直流測速發(fā)電機負載時的輸出以，直流測速發(fā)電機負載時的輸出特性仍然是一條直線。負載電阻越特性仍然是一條直線。負載電阻越大，直線斜率就越大。大，直線斜率就越大。實際情況是，輸出特性會偏離直實際情況是，輸出特性會偏離直線，如圖中虛線所示。線，如圖中虛線所示。nUa01LR2LR2LR1LRLRaLaaaRRUEUCnnRRKRREULaeLaaa11電樞反應電樞反應對策：對策： 選用較大氣隙和較小線負荷；選用較大氣隙和較小線負荷； 轉速不超過最大線性工作速度，負載電阻不小于轉速不超過最大線性工作速度，負載電阻不小于最小

3、負載電阻；最小負載電阻； 補償繞組；補償繞組；產生誤差的原因和改進方法產生誤差的原因和改進方法q電刷接觸電壓降電刷接觸電壓降beLabLaebaaaaUKCCnRRUnRRKURIEU11對策：對策：選用導電性能較好的電刷選用導電性能較好的電刷電刷位置的影響電刷位置的影響 當直流測速發(fā)電機帶負載運行時，若電刷當直流測速發(fā)電機帶負載運行時，若電刷沒有嚴格位于幾何中心線上，會造成測速沒有嚴格位于幾何中心線上，會造成測速發(fā)電機正反轉時輸出電壓不對稱。發(fā)電機正反轉時輸出電壓不對稱。 即：在相同的轉速下，發(fā)電機正反向旋轉即：在相同的轉速下，發(fā)電機正反向旋轉時，輸出電壓不完全相等。時，輸出電壓不完全相等。

4、 措施：讓電刷嚴格位于中性線上。措施：讓電刷嚴格位于中性線上。對策：對策：將磁路設計的較飽和；將磁路設計的較飽和；在勵磁回路中串電阻；在勵磁回路中串電阻；在勵磁回路中串聯具有負溫度系數的熱敏在勵磁回路中串聯具有負溫度系數的熱敏電阻；電阻；勵磁回路由恒流源供電勵磁回路由恒流源供電q溫度的影響溫度的影響紋波的影響紋波的影響 直流測速發(fā)電機在直流測速發(fā)電機在 和和n固定時，輸出電壓固定時，輸出電壓也不是穩(wěn)定的直流電壓，而總帶有微弱的也不是穩(wěn)定的直流電壓，而總帶有微弱的波動，成為紋波波動，成為紋波 原因：主要是電機本身的固有結構和加工原因：主要是電機本身的固有結構和加工誤差所引起誤差所引起 對策：對策

5、：增加支路元件數，電樞采用斜槽結增加支路元件數，電樞采用斜槽結構，無槽結構構，無槽結構 線性誤差線性誤差 U% 最大線性工作轉速最大線性工作轉速nm 輸出斜率輸出斜率Kg 最小負載電阻最小負載電阻RL 不靈敏區(qū)不靈敏區(qū) n 輸出電壓的不對稱度輸出電壓的不對稱度%1002avaubUUK 直流測速發(fā)電機的性能指標直流測速發(fā)電機的性能指標%100%ammUUU 舉例：舉例： 例:一臺直流測速發(fā)電機在轉速3000r/min時的空載輸出電壓為52V,接上 2000歐負載后的輸出電壓為50V,求轉速為1500r/min,負載5000歐時的輸出電壓Ua. 解解:由由nKEUea0300052nUKaoe因

6、此因此:=(52/3000)(1500)/1+(80/5000)=26/1.016=25.5V)/1/(LaeaRRnKU802000) 1503000/300052() 1(LaeaRUnKR)/1/(LaeaRRnKU1. 基本結構基本結構 1） 同步測速發(fā)電機同步測速發(fā)電機因感應電勢頻率隨轉速而變，致使電機本身的阻抗因感應電勢頻率隨轉速而變，致使電機本身的阻抗及負載阻抗均隨轉速而變化，因此，輸出電壓不再與及負載阻抗均隨轉速而變化，因此，輸出電壓不再與轉速成正比關系，應用較少。轉速成正比關系，應用較少。 2） 異步測速發(fā)電機異步測速發(fā)電機結構與杯形轉子交流伺服電動機類似，由內、外定結構與杯

7、形轉子交流伺服電動機類似，由內、外定子，非磁性材料制成的杯形轉子等部分組成。子，非磁性材料制成的杯形轉子等部分組成。定子上放置兩個在空間相互垂直的定子上放置兩個在空間相互垂直的單相單相繞組，一個繞組，一個為為勵磁勵磁繞組，另一個為繞組，另一個為輸出輸出繞組。繞組。3.3 交流異步測速發(fā)電機交流異步測速發(fā)電機轉子靜止時轉子靜止時轉子旋轉時轉子旋轉時2. 工作原理：工作原理：轉子杯導條切割磁通d而產生旋轉電動勢Er，其交變頻率為f，大小為drnCE2當磁通d的幅值恒定時，則電動勢Er與轉子的轉速成正比。rErIqn 2U2Eqn氣隙磁通氣隙磁通 d的變化的變化；勵磁電源的影響；勵磁電源的影響；1.

8、溫度的影響。溫度的影響。產生誤差的原因及減小的措施：產生誤差的原因及減小的措施：氣隙磁通氣隙磁通 d的變化的變化 改進措施：改進措施： 減小勵磁繞組漏阻抗；減小勵磁繞組漏阻抗； 增大轉子電阻；增大轉子電阻； 提高勵磁電源頻率提高勵磁電源頻率 電源電壓幅值不穩(wěn)定，會直接引起輸出電壓電源電壓幅值不穩(wěn)定，會直接引起輸出電壓的波動。的波動。 頻率的變化對輸出電壓的大小和相角也有明頻率的變化對輸出電壓的大小和相角也有明顯的影響。顯的影響。 隨著頻率的增加，在電感性負載時，輸出電隨著頻率的增加，在電感性負載時，輸出電壓稍有增長；而在電容性負載時，輸出電壓的增壓稍有增長；而在電容性負載時，輸出電壓的增加比較

9、明顯；在電阻負載時，輸出電壓的變化是加比較明顯；在電阻負載時，輸出電壓的變化是最小的。最小的。 頻率的變化對相角的影響更為嚴重。因為頻頻率的變化對相角的影響更為嚴重。因為頻率的增加使得電機中的漏阻抗增加，輸出電壓的率的增加使得電機中的漏阻抗增加，輸出電壓的相位更加滯后。但當轉子電阻較大時，相位滯后相位更加滯后。但當轉子電阻較大時，相位滯后的要小一些。此外，波形的失真會引起輸出電壓的要小一些。此外，波形的失真會引起輸出電壓中含有高次諧波分量。中含有高次諧波分量。 勵磁電源的影響勵磁電源的影響電機溫度的變化，會使勵磁繞組和空心杯轉子的電阻以及電機溫度的變化，會使勵磁繞組和空心杯轉子的電阻以及磁性材

10、料的磁性能發(fā)生變化，從而使輸出特性發(fā)生改變。磁性材料的磁性能發(fā)生變化，從而使輸出特性發(fā)生改變。溫度升高使輸出電壓降低，而相角增大。為此，在設計空溫度升高使輸出電壓降低，而相角增大。為此，在設計空心杯時應選用電阻溫度系數較小的材料。在實際使用時，心杯時應選用電阻溫度系數較小的材料。在實際使用時，可采用溫度補償措施。最簡單的方法是在勵磁回路、輸出可采用溫度補償措施。最簡單的方法是在勵磁回路、輸出回路或同時在兩個回路串聯負溫度系數的熱敏電阻來補償回路或同時在兩個回路串聯負溫度系數的熱敏電阻來補償溫度變化的影響。溫度變化的影響。溫度的影響溫度的影響線性誤差線性誤差相位誤差相位誤差%1002mmUU*2

11、3mcnn 異步測速發(fā)電機的技術指標：異步測速發(fā)電機的技術指標：轉速為零時輸出繞組所產生的電壓，包括基波分量和高次諧波分量。一轉速為零時輸出繞組所產生的電壓，包括基波分量和高次諧波分量。一般幾十毫伏。般幾十毫伏。剩余電壓對輸出特性的影響剩余電壓對輸出特性的影響剩余電壓（零速電壓）剩余電壓（零速電壓）變壓器分量、旋轉分量和電容分量變壓器分量、旋轉分量和電容分量內定子橢圓引起的剩余電壓內定子橢圓引起的剩余電壓產生變壓器分量的原因：產生變壓器分量的原因：v 勵磁繞組軸線與輸出繞組軸線勵磁繞組軸線與輸出繞組軸線不垂直；或磁路不對稱；不垂直；或磁路不對稱；v 定子加工不良，造成氣隙不均定子加工不良，造成

12、氣隙不均勻。勻。剩余電壓基波分量剩余電壓基波分量旋轉分量旋轉分量由于鐵心材料各向磁滯變化的情況不同，或者鐵心片由于鐵心材料各向磁滯變化的情況不同，或者鐵心片間短路以及空心杯轉子的材料和壁厚不均勻，都會導間短路以及空心杯轉子的材料和壁厚不均勻，都會導致去磁效應不同，使電機致去磁效應不同，使電機氣隙圓周上各點磁密相位不氣隙圓周上各點磁密相位不一致一致，而形成一個橢圓形旋轉磁場，使輸出繞組產生，而形成一個橢圓形旋轉磁場，使輸出繞組產生感應電動勢，產生剩余電壓感應電動勢，產生剩余電壓 。電容分量電容分量由于勵磁繞組和輸出繞組之間會存在寄生的分布電容由于勵磁繞組和輸出繞組之間會存在寄生的分布電容,當勵磁

13、繞組加交流電壓時，通過寄生的當勵磁繞組加交流電壓時，通過寄生的分布電容分布電容也會也會在輸出繞組中在輸出繞組中產生電壓產生電壓 。剩余電壓的交變分量剩余電壓的交變分量剩余電壓的基波分量也可分為交變分量和固定分量。剩余電壓的基波分量也可分為交變分量和固定分量。交變分量是由于轉子形狀不規(guī)則及材料各向異性等原交變分量是由于轉子形狀不規(guī)則及材料各向異性等原因所引起，其大小與轉子位置有關，隨轉子位置成周因所引起，其大小與轉子位置有關，隨轉子位置成周期性變化。除此之外，其他原因所引起的剩余電壓與期性變化。除此之外，其他原因所引起的剩余電壓與轉子位置無關，即為剩余電壓的固定分量。轉子位置無關，即為剩余電壓的

14、固定分量。 減小剩余電壓的措施：減小剩余電壓的措施： 改進制造材料和工藝，降低磁路飽和程度；改進制造材料和工藝，降低磁路飽和程度； 采用內外定子鐵心可調結構；采用內外定子鐵心可調結構； 采用補償繞組（可補償剩余電壓的固定分量）；采用補償繞組（可補償剩余電壓的固定分量）；剩余電壓的高次諧波分量產生原因：剩余電壓的高次諧波分量產生原因： 1. 勵磁電源電壓波形為勵磁電源電壓波形為非正弦波非正弦波； 2. 電機磁路的電機磁路的飽和飽和。外接補償裝置外接補償裝置校正補償電橋補償異步測速發(fā)電機的使用：異步測速發(fā)電機的使用：1.主要用于主要用于交流伺服系統(tǒng)和解算裝置中。選用交流伺服系統(tǒng)和解算裝置中。選用時

15、，應根據系統(tǒng)的頻率、電壓、工作轉速的時，應根據系統(tǒng)的頻率、電壓、工作轉速的范圍和具體用途來選擇規(guī)格范圍和具體用途來選擇規(guī)格2.優(yōu)點：優(yōu)點： 不需電刷和換向器，結構簡單不需電刷和換向器，結構簡單 無滑動接觸，輸出特性穩(wěn)定、精度高無滑動接觸，輸出特性穩(wěn)定、精度高 J小，摩擦力矩小小，摩擦力矩小 無火花，不產生干擾無線電無火花，不產生干擾無線電 正反轉輸出電壓對稱正反轉輸出電壓對稱3. 缺點：缺點： 存在相位誤差和剩余電壓存在相位誤差和剩余電壓 輸出斜率小輸出斜率小 輸出特性隨負載性質而不同（輸出特性隨負載性質而不同（R、L、C）(1). 霍爾無刷直流測速發(fā)電機霍爾無刷直流測速發(fā)電機霍爾效應cosB

16、IKIBKEHHHdRKHHKH霍爾元件靈敏度霍爾元件靈敏度；RH霍爾系數?；魻栂禂?。3. 其他型式的測速發(fā)電機其他型式的測速發(fā)電機 轉子不動時，定子繞組中無電勢，霍爾元件的控制電轉子不動時，定子繞組中無電勢，霍爾元件的控制電流為零，所以霍爾電動勢為零。流為零，所以霍爾電動勢為零?；魻枩y速發(fā)電機原理圖霍爾測速發(fā)電機原理圖霍爾測速發(fā)電機接線圖霍爾測速發(fā)電機接線圖tBBmAcostBBmBsintBKdtdBKemABAAcos繞組中的感應電勢繞組中的感應電勢：tBKemBBsintRBKReitRBKReiBmBBBBAmAAAAsincos霍爾電勢霍爾電勢：tRBKKiBKEtRBKKiBKEBmBHBBBHBHBAmAHAAAHAHA2222sincos調節(jié)調節(jié)RA和和RB，使，使KRBKKRBKKBmBHBAmAHA22若將兩個霍爾元件反向串聯，則總的輸出電壓為若將兩個霍爾元件反向串聯，則總的輸出電壓為KttKEEUHBHA)sin(cos222優(yōu)點：優(yōu)點： 無剩余電壓，不含脈動成份，轉子慣量小，壽命長，可無剩余電壓，不含脈動成份，轉子慣量小，壽命長，可靠性高，容易維護?？啃愿?，容易維護。轉速自動調節(jié)系統(tǒng)轉速自動調節(jié)系統(tǒng)1-放大器；放大器；2-電動機；電動機；3-負載；負載；4-測速發(fā)電機測速發(fā)電機測速發(fā)電機的應用舉例測速發(fā)電機的應用舉例在自動控制系統(tǒng)中用作解算元