测速发电机.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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，,U,2,=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，,I,a,=,0,U,a,=E,a,n,U,0,负载时，,3.2,直流测速发电机,可见，理想情况下,C,为常数，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,U,a,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；,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,n,m,输出斜率,K,g,最小负载电阻,R,L,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,:,=(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,E,r,，其交变频率为,f,，大小为,当磁通,d,的幅值恒定时，则电动势,E,r,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,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，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,K,H,霍尔元件灵敏度,；,R,H,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,R,A,和,R,B,，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；,4-,测速发电机,测速发电机的应用举例,在自动控制系统中用作解算元件,作积分运算,只要放大器放大倍数足够大，便有,三环控制系统结构框图,(,测速发电机用作校正元件,),1-,测速发电机，,2-,直流电动机,电压环和电流环主要是为了改善系统的动态特性，并在动态过程中起保护主电动机和整个装置的作用。,