测速发电机.pptx

第三章第三章 测速发电机测速发电机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，它将输入输入的机械转速机械转速变换成为电压信号电压信号输出输出。要求：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 概述概述主要类型：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=EanU0负载时，3.2 直流测速发电机直流测速发电机可见，理想情况下可见，理想情况下C为常数，所为常数，所以，直流测速发电机负载时的输出以，直流测速发电机负载时的输出特性仍然是一条直线。负载电阻越特性仍然是一条直线。负载电阻越大，直线斜率就越大。大，直线斜率就越大。实际情况是，输出特性会偏离直实际情况是，输出特性会偏离直线，如图中虚线所示。线，如图中虚线所示。nUa0电枢反应电枢反应对策：对策：选用较大气隙和较小线负荷；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；最小负载电阻；补偿绕组；补偿绕组；产生误差的原因和改进方法产生误差的原因和改进方法q电刷接触电压降电刷接触电压降对策：对策：选用导电性能较好的电刷选用导电性能较好的电刷电刷位置的影响电刷位置的影响当直流测速发电机带负载运行时，若电刷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。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。时，输出电压不完全相等。措施：让电刷严格位于中性线上。措施：让电刷严格位于中性线上。对策：对策：将磁路设计的较饱和；将磁路设计的较饱和；在励磁回路中串电阻；在励磁回路中串电阻；在励磁回路中串联具有负温度系数的热敏电在励磁回路中串联具有负温度系数的热敏电阻；阻；励磁回路由恒流源供电励磁回路由恒流源供电q温度的影响温度的影响纹波的影响纹波的影响直流测速发电机在直流测速发电机在 和和n固定时，输出电压固定时，输出电压也不是稳定的直流电压，而总带有微弱的也不是稳定的直流电压，而总带有微弱的波动，成为纹波波动，成为纹波原因：主要是电机本身的固有结构和加工原因：主要是电机本身的固有结构和加工误差所引起误差所引起对策：对策：增加支路元件数，电枢采用斜槽结增加支路元件数，电枢采用斜槽结构，无槽结构构，无槽结构1.线性误差线性误差 U%2.最大线性工作转速最大线性工作转速nm3.输出斜率输出斜率Kg4.最小负载电阻最小负载电阻RL5.不灵敏区不灵敏区 n6.输出电压的不对称度输出电压的不对称度直流测速发电机的性能指标直流测速发电机的性能指标 举例：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.解解:由由因此因此:=(52/3000)(1500)/1+(80/5000)=26/1.016=25.5V得得1.基本结构基本结构 1）同步测速发电机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。转速成正比关系，应用较少。2）异步测速发电机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。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定子上放置两个在空间相互垂直的单相单相绕组，一个绕组，一个为为励磁励磁绕组，另一个为绕组，另一个为输出输出绕组。绕组。3.3 交流异步测速发电机交流异步测速发电机转子静止时转子静止时转子旋转时转子旋转时2.工作原理：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，则电动势Er与转子的转速成正比。1.气隙磁通气隙磁通 d的变化的变化；2.励磁电源的影响；励磁电源的影响；3.温度的影响。温度的影响。产生误差的原因及减小的措施：产生误差的原因及减小的措施：气隙磁通气隙磁通 d的变化的变化 改进措施：改进措施：减小励磁绕组漏阻抗；减小励磁绕组漏阻抗；增大转子电阻；增大转子电阻；提高励磁电源频率提高励磁电源频率 电源电压幅值不稳定，会直接引起输出电压电源电压幅值不稳定，会直接引起输出电压的波动。的波动。频率的变化对输出电压的大小和相角也有明频率的变化对输出电压的大小和相角也有明显的影响。显的影响。随着频率的增加，在电感性负载时，输出电随着频率的增加，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，输出电压的变化是加比较明显；在电阻负载时，输出电压的变化是最小的。最小的。频率的变化对相角的影响更为严重。因为频率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。含有高次谐波分量。励磁电源的影响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。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，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。温度变化的影响。温度的影响温度的影响1.线性误差线性误差2.相位误差相位误差异步测速发电机的技术指标：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。般几十毫伏。剩余电压对输出特性的影响剩余电压对输出特性的影响3.剩余电压（零速电压）剩余电压（零速电压）变压器分量、旋转分量和电容分量变压器分量、旋转分量和电容分量内定子椭圆引起的剩余电压内定子椭圆引起的剩余电压产生变压器分量的原因：产生变压器分量的原因：v励磁绕组轴线与输出绕组轴线励磁绕组轴线与输出绕组轴线不垂直；或磁路不对称；不垂直；或磁路不对称；v定子加工不良，造成气隙不均定子加工不良，造成气隙不均匀。匀。剩余电压基波分量剩余电压基波分量旋转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，使电机致去磁效应不同，使电机气隙圆周上各点磁密相位不气隙圆周上各点磁密相位不一致一致，而形成一个椭圆形旋转磁场，使输出绕组产生，而形成一个椭圆形旋转磁场，使输出绕组产生感应电动势，产生剩余电压感应电动势，产生剩余电压。电容分量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，通过寄生的当励磁绕组加交流电压时，通过寄生的分布电容分布电容也会也会在输出绕组中在输出绕组中产生电压产生电压。剩余电压的交变分量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。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。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：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；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）；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：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励磁电源电压波形为非正弦波非正弦波；2.电机磁路的电机磁路的饱和饱和。外接补偿装置外接补偿装置校正补偿电桥补偿异步测速发电机的使用：异步测速发电机的使用：1.主要用于主要用于交流伺服系统和解算装置中。选用时，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具体用途来选择规格2.优点：优点：不需电刷和换向器，结构简单不需电刷和换向器，结构简单无滑动接触，输出特性稳定、精度高无滑动接触，输出特性稳定、精度高J小，摩擦力矩小小，摩擦力矩小无火花，不产生干扰无线电无火花，不产生干扰无线电正反转输出电压对称正反转输出电压对称3.缺点：缺点：存在相位误差和剩余电压存在相位误差和剩余电压输出斜率小输出斜率小输出特性随负载性质而不同（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无刷直流测速发电机霍尔效应KH霍尔元件灵敏度霍尔元件灵敏度；RH霍尔系数。霍尔系数。3.其他型式的测速发电机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。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原理图霍尔测速发电机接线图霍尔测速发电机接线图绕组中的感应电势绕组中的感应电势：霍尔电势霍尔电势：调节调节RA和和RB，使，使若将两个霍尔元件反向串联，则总的输出电压为若将两个霍尔元件反向串联，则总的输出电压为优点：优点：无剩余电压，不含脉动成份，转子惯量小，寿命长，可无剩余电压，不含脉动成份，转子惯量小，寿命长，可靠性高，容易维护。靠性高，容易维护。转速自动调节系统转速自动调节系统1-放大器；放大器；2-电动机；电动机；3-负载；负载；4-测速发电机测速发电机测速发电机的应用举例测速发电机的应用举例在自动控制系统中用作解算元件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三环控制系统结构框图(测速发电机用作校正元件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。