特种电机-测速发电机实训

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1、第二节测速发电机【任务目标】1．了解测速发电机的功能和应用；2．熟悉直流测速发电机的基本结构和工作原理；3．熟悉交流测速发电机的基本结构和性能特点；4．了解测速发电机的性能参数。【任务分析】图4—16测速发电机测速发电机是一种反映转速信号的电器元件，它的作用是将输入的机械转速变换成电压信号输出。测速发电机的外形结构如图4—16所示。在自动控制系统中测速发电机主要用作测速元件、阻尼元件(或校正元件)、解算元件和角加速度信号元件。自动控制系统对测速发电机的要求是：（1)输出电压要与转速成线性关系；（2)正、反转的特性一致；（3)输出特性的灵敏度高；（4)

2、电机的转动惯量小。测速发电机可分为直流测速发电机和交流测速发电机两类。近年来还出现了采用新原理、新结构研制成的霍尔效应测速发电机等。了解测速发电机的工作原理、性能特点、主要参数对我们正确使用自动控制系统具有十分重要的意义。本节就常用的直流测速发电机和交流异步测速发电机作简要介绍。【相关知识】一、直流测速发电机1．直流测速发电机的基本结构直流测速发电机的结构与普通小型直流发电机相同，按励磁方式可分为他励式和永磁式两种。永磁式测速发电机结构简单，不需励磁电源。因此应用较为广泛。2．直流测速发电机的工作原理直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机没有区别，

3、其原理如图4—17所示，在恒定磁场中，主磁极产生的磁通Φ基本不变，电枢以转速n旋转时，电枢上的导体切割磁通Ф，于是就在电刷间产生感应电动势E，其大小与转速成正比。7当测速发电机接上负载RL时输出电压为（4—4）图4—17直流测速发电机工作原理图4—18直流测速发电机的输出特性由上式可知：直流测速发电机的输出电压与转速成正比，转向改变将引起输出电压极性的改变。空载时，RL→∞，U=E，输出特性U=f（n）的关系为一条直线。带上负载后，RL越小，输出特性的斜率越小。在RL较小或转速过高时，Ia较大，电枢电流的去磁作用，使输出电压下降，从而破坏了输出特性U

4、=f（n）的线性关系，如图4—18所示。在测速发电机的技术数据中，提供了最小负载电阻和最高转速的限制，使用时必须加以注意。实际的直流测速发电机一定存在某种程度的非线性误差，CYD系列永磁式低速直流测速发电机的线性误差为0.5％~1％。精密的测速发电机，要求线性误差达到0.1％～0.25％。测速发电机产生误差的原因很多，主要有：电枢反应、延迟换向、电刷与换向器的接触电阻和接触电压、换向纹波、火花和电磁干扰等。直流测速发电机由于存在电刷和换向器，难免会出现火花，所以有电磁干扰现象。电刷容易磨损，需定期更换，维护工作量大，工作可靠性差。这些缺点使得直流测速

5、发电机的应用和发展受到限制。近年来无刷直流测速发电机的发展，改善了它的性能，提高了可靠性，使直流测速发电机又获得了广泛的应用。一、交流测速发电机交流测速发电机有异步式和同步式两类，应用较为广泛的是交流异步测速发电机。71．交流异步测速发电机的基本结构图4—19杯形转子异步测速发电机结构4—20异步测速发电机工作原理在自动控制系统中，目前应用的异步测速发电机主要是空心杯形转子异步测速发电机。其结构与杯形转子交流伺服电动机相似，转子是一个薄壁非磁性杯(杯厚为0．2～0．3rmm)。通常用高电阻率的硅锰青铜或铝锌青铜制成。如图4—19所示。定子的两相绕组在

6、空间位置上互差90°电角度，其中一相作为励磁绕组，外加稳频稳压的交流电源U1；另一相作为输出绕组，其两端的电压即为测速发电机的输出电压U2，如图4—20所示。2．交流异步测速发电机工作原理如图4—20所示，当测速发电机的励磁绕组N1外加电压U1时，便有电流I1流过，在电机气隙中沿励磁绕组轴线产生交变频率为f1的脉动磁通Ф1，将Ф1所在的直线称为直轴，与Ф1成90°电角度的直线称为交轴。转子不动时，脉动磁通Ф1只能在空心杯转子中感应出变压器电动势。由于转子是闭合的，这一变压器电动势将产生转子电流。此电流所产生的磁通与励磁绕组产生的磁通在同一轴线上，阻碍

7、Ф1的变化，所以合成磁通仍为沿直轴的磁通Ф1。而输出绕组的轴线与励磁绕组轴线空间位置相差90°电角度，它与直轴方向的磁通没有耦合关系，所以不产生感应电动势，输出电压U2为零。转子转动后，转子绕组中除了感应出变压器电动势外，由于转子导体切割磁通Ф1，因此转子绕组中还感应出旋转电动势Er，其有效值与Ф1的大小及转速n成正比由于Ф1按频率f1交变，所以Er也按频率f1交变。在Er的作用下，转子中将有电流Ir流过。按给定的转子转动方向，用右手定则可判定杯形转子中电流Ir的方向(见图4—20)。由Ir所产生的磁通Ф2也是交变的，Ф2的大小与Ir、也就是与Er的

8、大小成正比。而Ф27的轴线与输出绕组轴线(交轴)重合，由于Ф2作用在交轴，因而在定子的输出绕组中感应出变压器