直流测速发电机的原理及在交流伺服系统中的应用

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1、直流测速发电机的原理及无刷直流测速发电机在交流伺服系统中的应用学院：信息科学与工程学院班级：自动化3班学号：0803010304姓名：赵尊摘要直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电机。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。它是输出电动势与转速成比例的微特电机。其输出电动势E和转速n成线性关系，即E=Kn，其中K是常数。因此，可以用直流测速发电机的输出电压测量电机的转速。改变旋转方向时输出电动势的

2、极性即相应改变。用于数控机床坐标轴控制、机器人关节控制的伺服系统已由有刷直流系统向交流系统方向发展。而基于异步电动机矢量控制的系统在伺服控制应用得较少，而在机床主轴控制则较多见。采用永磁交流伺服电动机的伺服系统，按其电流环中电流驱动不同，区分为所谓方波电流驱动和正弦波电流驱动两大方式。方波驱动的系统多采用无刷直流测速发电机作为速度反馈元件，对于高调速比要求的伺服系统，用无刷直流测速机的速度反馈元件是—个比较理想的方案。其输出幅值正比于轴转速，有良好的线性关系；其输出极性反映转向；动态方面应响应迅速，无滞后。关键字：直流发电机无刷伺服系统直流发电机：1、直流测速发

3、电机的工作原理1.1直流测速发电机的原理直流测速发电机的工作原理与普通直流发电机的工作原理相同，所以在这里就简述普通直流发电机的工作原理。直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，交流电整流还不能和直流发电机相比。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。电刷上不加直流电压，用原动机拖动电

4、枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势)。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因

5、此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可

6、输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。1.2直流测速发电机的输出特性输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即E=Kn，其中K是常数。空载时，电枢电流Ia=0，直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势相等，由上式知，输出电压与转速成正比。负载时，因电枢电流Ia不为0，直流测速发电机的输出电压为Ua=Ea—IaRa，式中，Ra为电枢回路的总电阻。它包括电枢绕组电阻、电刷和换向器之间的接触电阻。在理想情况下，若不计电刷和换向

7、器之间的接触电阻，则Ra就为电枢绕组电阻。显然，带有负载后，测速发电机的输出电压应比空载时小。这是因电阻Ra的分压造成的。负载时电枢电流为Ia=U2/Rl，式中Rl为测速发电机的负载电阻。讲两式带入原式可得U2=Ea—(U2/Rl)Ra，可得U2=[K/(1+Ra/Rl)]n=Cn。可知直流测速发电机的输出特性与转速成正比。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。1.3直流测速发电机的特点和种类为保证电机性能可靠，测速发电机的输出电动势具有斜率高、特性成线性、无信

8、号区小或剩余电压小、正转