第2章_直流测速发电机

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1、第2章直流测速发电机从物理本质来说，是一种测量转速的微型直流发电机；从能量转换的角度看，把机械能转换成电能，输出直流电；从信号转换的角度看，把转速信号转换成与转速成正比的直流电压信号输出，因而可以用来测速，故称为测速发电机。2.2直流电势的关系式定义：从一对正负电刷间引出的直流电动势。就是一条支路内所有串联导体的电动势之和，等于一根导体在一个极距内切割磁力线产生的平均电动势eɑv乘上一条支路的总导体数N/2ɑ,所以：公式：其中称电动势常数，Φ为每极磁通。2.3直流测速发电机及其输出特性2.3.1直流测速发电机的型式按照励磁方式划分，直流测速发电机有两种型式。1.永磁式永磁式直流测速发

2、电机的定子磁极由永久磁钢做成，没有励磁绕组，以图2-15所示的符号表示。电磁式直流测速发电机的定子励磁绕组由外部电源供电，通电时产生磁场，以图2-16所示的符号表示。图2-15永磁式直流测速发电机2.电磁式图2-16电磁式直流测速发电机2.3.2自控系统对直流测速发电机的要求自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高(2)、灵敏度高(1,3,4,5)、可靠性好等。据此，直流测速发电机在电气性能方面应满足以下几项要求：(1)输出电压与转速的关系曲线(称为输出特性)应为线性，如图2-17所示；(2)输出特性的斜率要大；(3)温度变化对输出特性的影响要小；(4)输出电压的纹波要小，即要求在

3、一定的转速下输出电压要稳定，波动要小；(5)正、反转两个方向的输出特性要一致。图2-17测速发电机的理想输出特性在2.2节中已经推导了直流电势公式:Ea=CeΦn当每极总磁通Φ为常数时，则Ea∝n2.3.3输出特性即输出电势与转速成正比。测速发电机电刷两端接上负载电阻RL后，RL两端的电压才是输出电压。由下图可知，负载时测速发电机的输出电压等于感应电势减去它的内阻压降，即Ua=Ea-IaRa(2-12)此式称为直流发电机电压平衡方程式。式中，Ra为电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组的电阻、电刷和换向器之间的接触电阻；Ia为电枢总电流，且有(2-13)转接负载将式(2

4、-13)代入式(2-12)得经化简后为(2-14)返回重点式(2-14)是负载时输出电压与转速的关系。如果式中Φ、Ra和RL都能保持为常数，则Ua与n之间仍呈线性关系，只不过是随着负载电阻的减小，输出特性的斜率变小而已，如图2-19所示。但该图是理想情况下，即Φ、Ra不变，RL为一定时的输出特性。实际上，测速发电机的输出特性Ua=f(n)不是严格地呈线性特性，实际特性与要求的线性特性间存在误差。下一节将分析引起误差的原因和减小误差的方法。转图2-19图2-18直流测速发电机接上负载返回图2-19不同负载电阻时的理想输出特性返回2.4直流测速发电机的误差及其减小的方法2.4.1温度影响

5、得出Ua=f(n)为线性关系的条件之一是励磁磁通Φ为常数。实际上，电机周围环境温度的变化以及电机本身发热(由电机各种损耗引起)都会引起电机绕组电阻的变化。当温度升高时，励磁绕组电阻增大，励磁电流减小，磁通也随之减小，输出电压就降低。反之，当温度下降时，输出电压便升高。减少温度影响的措施：①测速发电机磁路通常被设计的比较饱和，磁路饱和后励磁电流变化引起的磁通变化较小；②励磁回路串一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流；③对温度变化引起误差要求比较严格的场合，可在励磁回路中串联负温度系数的热敏电阻并联网络。2.4.2电枢反应影响电机空载时，只有励磁绕组产生的主磁场。电机负载时，电枢

6、绕组中流过电流也要产生磁场，称为电枢磁场。所以，负载运行时，电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成。直流电机磁场减少电枢反应影响的措施：在直流测速发电机的技术条件中给出最大线性工作转速和最小负载电阻值。直流电机磁场返回2.4.3延迟换向去磁换向元件所处几何中性线处主磁场为零，但电枢磁场正好穿过换向元件，换向元件切割产生的电动势旋转电动势换向过程：被电刷短路的换向元件，从短路开始到短路结束，从一条支路转换到另一条支路，其电流从的变化过程。电抗电动势自感电动势互感电动势阻碍换向延迟换向：在合成作用下，在换向元件经电刷短路而成的闭合回路中产生的环流附加到换向电流使换向元件电流改变方向时间比直

7、线换向延迟。延迟换向去磁：附加电流与总电势方向一致，产生的磁通与主磁通方向相反，对主磁通有去磁作用，这样的去磁作用叫延迟换向去磁。减少延迟换向去磁影响的措施：为改善线性度，对小容量测速机一般采取限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，这一点与限制电枢反应去磁作用的措施是一致的，即规定了最高工作转速。根据Ea=CeΦn,当Φ、n为定值时，电刷两端应输出不随时间变化的稳定的直流电势。然而，实际的电机并非如此，其输出电势总是带有微弱的脉动，通常把这种脉动称为纹波。