第五章测速发电机.ppt

第5章 测速发电机 5.1 概述 5.2 直流测速发电机 5.3 感应测速发电机 5.4 测速发电机的选择及应用举例 测速发电机的输出电压能表征转速，因而可用来测量转速；测速发电机的输出电压正比于转子转角对时间的微分，在解算装置中可以把它作为微分或积分元件。 按结构和工作原理的不同，测速发电机分为直流测速发电机、感应测速发电机和同步测速发电机，近年来还有采用新原理、新结构研制的霍尔效应测速发电机等。 自动控制系统对测速发电机的基本要求是：⑴ 输出电压应与转速成正比且比例系数要大；⑵ 转动惯量小。此外，还要求它对无线电通讯干扰小、噪声低、工作可靠等。 5.2 直流测速发电机 按励磁方式不同，直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两大类。其结构和工作原理与普通直流发电机基本相同。 5.2.1 输出特性 5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法 在实际运行中，Ua~n之间并不能严格地保持正比关系，即存在误差。现在分析产生误差的主要原因和解决方法。 1. 电枢反应的影响 当发电机带上负载后，电枢中有电流Ia通过，故产生电枢磁场。电枢磁场的大小与电枢电流Ia有关，方向与励磁磁场正交。由于电枢磁场的存在，使气隙中的合成磁场产生畸变，这种作用称为电枢反应。 5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法 2. 延迟换向的影响 换向元件中总电动势为 。eK阻碍电流变化，使换向延迟，称延迟换向。由于换向元件被电刷短路，eK在换向元件中产生与其方向一致的附加电流iK，iK产生磁通 , 对主磁通起去磁作用。 5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法 3. 温度的影响 在应用中，发电机本身会发热，而且环境温度也是变化的。导致励磁绕组电阻变化，将引起励磁电流和磁通的变化，使输出电压与转速之间不再是严格的线性关系。 5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法 4. 纹波的影响 根据 ，当 为定值时，电刷两端输出不随时间变化的直流电动势。实际的电机输出电动势总是带有微弱的脉动，通常把这种脉动称为纹波。 纹波的大小和频率与电枢绕组的元件数有关，元件数越多，其脉动的频率越高，幅值越小。 纹波电压的存在对于测速发电机是不利的，当用于转速控制或阻尼元件时，对纹波电压的要求较高，而在高精度的解算装置中则要求更高。 纹波系数是指在一定转速下，输出电压中交变分量的有效值与直流分量之比。 目前国产测速发电机已做到纹波系数小于1%，国外高水平测速发电机纹波系数已降到0.1%以下。 5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法 5. 电刷接触压降对输出特性的影响 考虑到电刷接触电压的影响，输出特性的方程式可改写为 5.2.3 直流测速发电机的主要性能指标 线性误差 它是在工作转速范围内，实际输出特性曲线与过OB的线性输出特性之间的最大差值 与最高线性转速 在线性特性曲线上对应的电压 之比。 5.2.3 直流测速发电机的主要性能指标 2. 灵敏度 灵敏度也称输出斜率，是指在额定励磁电压下，转速为1000 r／min时所产生的输出电压。一般直流测速发电机空载时可达 。测速发电机作为阻尼元件使用时，灵敏度是其重要的性能指标。 3. 最高线性工作转速 和最小负载电阻 是保证测速发电机工作在允许的线性误差范围内的两个使用条件。 4. 不灵敏区 由电刷接触压 降而导致输出特性斜率显著下降(几乎为零)的转速范围。该性能指标在超低速控制系统中是重要的。 5. 输出电压的不对称度 指在相同转速下，测速发电机正、反转时，输出电压绝对值之差 与两者平均值 之比，即 输出电压不对称是电刷不在几何中性线上或剩余磁通存在造成的。一般在0.35%~2%范围内，对要求正、反转的控制系统需考虑该指标。 6. 纹波系数 测速发电机在一定转速下，输出电压中交流分量的有效值与直流分量之比。目前可做到 ＜1%，高精度速度伺服系统对该指标的要求较高。 主要性能指标是选择直流测速发电机的依据。 5.3 感应测速发电机 交流测速发电机分为同步测速发电机和感应测速发电机两大类。同步测速发电机定子输出绕组感应电动势的大小和频率都随转速n的变化而变化，不宜用于自动控制系统中。 5.3.1 结构特点 感应测速发电机的定子上有两相正交绕组，其中一相接电源励磁，另一相则用作输出电压信号。 5.3.2 工作原理 定子 为励磁绕组， 为正交的输出绕组。转子为非磁空心杯，杯壁可看成是无数条鼠笼导条紧密靠在一起排列而成。 n=0时，输出电压U2=0 5.3.2 工作原理 转子转速为n时，U2∝