第2章 直流测速发电机new

1、第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.3 直流测速发电机及其输出特性直流测速发电机及其输出特性 2.4 直流测速发电机误差及其减小的方法直流测速发电机误差及其减小的方法 2.5 直流测速发电机的应用直流测速发电机的应用 2.6 直流测速发电机的性能指标直流测速发电机的性能指标 2.7 直流测速发电机的发展趋势直流测速发电机的发展趋势 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.3 直流测速发电机及其输出特性直流测速发电机及其输出特性 在自动控制系统中作为在自动控制系统中作为敏感元件和敏感元件和校正元件，将校正元件，将 输入的转速信号转

2、变为电压信号输出，电压输入的转速信号转变为电压信号输出，电压U与转速与转速n 成正比成正比。 实物图实物图2-1 测速发电机测速发电机 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.3.1 直流测速发电机的类型直流测速发电机的类型 实际就是实际就是微型直流发电机微型直流发电机 按照励磁方式划分为两种类型按照励磁方式划分为两种类型: 1. 永磁式永磁式(常用常用) 永磁式永磁式直流测速发电机直流测速发电机的的定子磁极由永久磁钢做成定子磁极由永久磁钢做成， 没有励磁绕组，没有励磁绕组， 图图 2-15 所示。所示。 优点优点：结构简单、便于使用、温度变化对励磁磁通：结构简单、便于使用、温度变化

3、对励磁磁通 影响小。影响小。 缺点缺点：永磁材料价格较贵。：永磁材料价格较贵。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 按应用场合分：按应用场合分：普通速度普通速度(几千几千r/min)和和低速发电机低速发电机 （R L2) 2.4.2 电枢反应的影响电枢反应的影响 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 电枢反应电枢反应：由于电枢磁场的存在，气隙磁场发生：由于电枢磁场的存在，气隙磁场发生 畸变的现象，起畸变的现象，起去磁作用去磁作用。 负载电阻越小负载电阻越小、转速越高转速越高，电枢电流就越大，电，电枢电流就越大，电 枢反应去磁作用越强，磁通枢反应去磁作用越强，磁通越小，越小，线

4、性误差越大线性误差越大。 减少电枢反应对输出特性影响的方法：减少电枢反应对输出特性影响的方法： 1、使用过程中，转速不得超过最大线性工使用过程中，转速不得超过最大线性工 作速度作速度nmax； 2、所接负载电阻不得小于最小负载电阻。、所接负载电阻不得小于最小负载电阻。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 图图 226 延迟换向对输出特性的影响延迟换向对输出特性的影响 2.4.3 延迟换向的影响延迟换向的影响 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 对于小容量的直流测速发电机减少延迟换向对于小容量的直流测速发电机减少延迟换向 影响的影响的方法方法： 1、采取限制转速来削弱延迟换向

5、的去磁效应。、采取限制转速来削弱延迟换向的去磁效应。 2、规定了最高工作速度。、规定了最高工作速度。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.4.4 纹波电压的影响纹波电压的影响 纹波：实际直流电机的其纹波：实际直流电机的其输出电势总是带有微弱的输出电势总是带有微弱的 脉动脉动。 纹波主要是纹波主要是由电机本身的固有结构及加工误差所引由电机本身的固有结构及加工误差所引 起的起的。 方法方法：采用：采用无槽电枢直流电机无槽电枢直流电机可以大大减小因齿槽可以大大减小因齿槽 效应而引起的输出电压纹波幅值。与有槽电枢相比，输效应而引起的输出电压纹波幅值。与有槽电枢相比，输 出电压纹波幅值可以

6、减小五倍以上。出电压纹波幅值可以减小五倍以上。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.4.5 电刷接触压降的影响电刷接触压降的影响 电压方程式电压方程式: Ua=Ea-IaRa-Ub 电刷接触压降电刷接触压降Ub与下述因素有关与下述因素有关: 电刷和换向器的材料电刷和换向器的材料； 电刷的电流密度；电刷的电流密度； 电流的方向；电流的方向； 电刷单位面积上的压力；电刷单位面积上的压力； 接触表面的温度；接触表面的温度； 换向器圆周线速度；换向器圆周线速度； 换向器表面的化学状态和机械方面的因素等。换向器表面的化学状态和机械方面的因素等。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机

7、 由图由图 2-27 可见，在转速较低时，输出特性上有一可见，在转速较低时，输出特性上有一 段斜率显著下降的区域段斜率显著下降的区域(不灵敏区不灵敏区)。 测速机虽有输入信号测速机虽有输入信号(转速转速)，但，但输出电压很小输出电压很小，对，对 转速的反应很不灵敏。转速的反应很不灵敏。 减小电刷接触压降的影响减小电刷接触压降的影响(缩小不灵敏区缩小不灵敏区)的的方法方法: 1、常常采用、常常采用接触压降较小接触压降较小的的银银石墨电刷石墨电刷。 2、在高精度的直流测速发电机中还采用、在高精度的直流测速发电机中还采用铜电刷铜电刷，并在，并在 与换向器接触的表面上与换向器接触的表面上镀上银层镀上银

8、层，使换向器不易磨损。，使换向器不易磨损。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 图图 2 - 27 考虑电刷接触压降后的输出特性考虑电刷接触压降后的输出特性 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.5 直流测速发电机的应用直流测速发电机的应用 1、在、在自动控制系统自动控制系统中作为中作为测量或自动调节电动机转速测量或自动调节电动机转速； 2、在、在随动系统随动系统中用来产生电压信号以中用来产生电压信号以提高系统的稳定提高系统的稳定 性和精度性和精度； 3、在、在计算解答装置计算解答装置中作为中作为微分和积分元件微分和积分元件。 4、它还可以测量各种机械在有限范围内的摆动或

9、非常、它还可以测量各种机械在有限范围内的摆动或非常 缓慢的转速，缓慢的转速， 并可并可代替测速计直接测量转速代替测速计直接测量转速。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 测速发电机有交流和直流两大类。测速发电机有交流和直流两大类。 缺点缺点：由于直流测速机有：由于直流测速机有电刷、电刷、 换向器接触装置换向器接触装置， 可靠性差，精度较低可靠性差，精度较低，因此在系统中较为广泛使用，因此在系统中较为广泛使用交流交流 异步测速机异步测速机。 优点优点：1、输出电压斜率大（灵敏度高）输出电压斜率大（灵敏度高）， 2、没有剩余电压没有剩余电压(即转速为零时没有输出电压即转速为零时没有输出电

10、压)， 3、没有相位误差没有相位误差(励磁和输出电压之间没有相位移励磁和输出电压之间没有相位移)， 4、温度补偿容易实现温度补偿容易实现等，所以在自动控制系统中的等，所以在自动控制系统中的 应用还是很广泛的。应用还是很广泛的。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 下面举例说明它在两个方面的用途。下面举例说明它在两个方面的用途。 2.5.1 作为系统的阻尼元件作为系统的阻尼元件 在图在图 1 - 1 所示的雷达天线自动控制系统中，所示的雷达天线自动控制系统中， 直流直流 伺服电动机的输出轴上耦合一台直流测速发电机。伺服电动机的输出轴上耦合一台直流测速发电机。 它它 输出一个与转速成正比

11、的直流电压输出一个与转速成正比的直流电压 ， 并负并负 反馈到放大器的输入端，反馈到放大器的输入端， 所以放大器的输入电压为所以放大器的输入电压为 dt d k 2 dt d kk 21 )( 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 测速发电机在该系统中所起的阻尼作用可以简要测速发电机在该系统中所起的阻尼作用可以简要 地解释如下：地解释如下： 假定暂不假定暂不接测速发电机接测速发电机，并且当，并且当时，直流伺服时，直流伺服 电动机在正比于电动机在正比于k1(-)的信号电压作用下转动，的信号电压作用下转动， 使使角角 增加，增加，-值减小。值减小。 当当=时，虽然误差信号电压时，虽然误差信

12、号电压k1(-)=0，但是，但是由于由于 电动机及负载具有转动惯量电动机及负载具有转动惯量，电动机在，电动机在-=0 的位置的位置 时时其转速并不为零其转速并不为零，而继续向，而继续向角增加的方向转动，角增加的方向转动，使使 。此时，由于。此时，由于，误差信号，误差信号电压极性变反电压极性变反。在此。在此 电压的作用下，电压的作用下， 电动机由正转变为反转电动机由正转变为反转。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 同样，由于电动机及其负载的惯性，反转又冲过了同样，由于电动机及其负载的惯性，反转又冲过了 头，这样系统就会产生头，这样系统就会产生振荡振荡。 如果如果接上测速发电机接上测速

13、发电机， 当当=时，由于时，由于 ，故，故 信号电压为信号电压为 ，此电压与原来的，此电压与原来的(指指时时)误差误差 信号电压极性相反，因此伺服电动机在信号电压极性相反，因此伺服电动机在=时就得到与时就得到与 d/dt成正比、极性与原来的信号电压相反的电压，此成正比、极性与原来的信号电压相反的电压，此 电压电压使电动机制动使电动机制动，使电动机快速地停留在使电动机快速地停留在=的位置的位置。 可见，系统中加入了测速发电机，就可见，系统中加入了测速发电机，就使得由电动机使得由电动机 及其负载惯量所造成的及其负载惯量所造成的振荡振荡得到了得到了阻尼阻尼，从而改善了系，从而改善了系 统的动态性能统

14、的动态性能。 0 dt d 0 2 dt d k 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.5.2 对旋转机械作恒速控制对旋转机械作恒速控制 图图2-28为恒速控制系统的原理图。负载是一个旋转为恒速控制系统的原理图。负载是一个旋转 机械。机械。 当直流伺服电动机的负载阻力矩变化时，电动机的转当直流伺服电动机的负载阻力矩变化时，电动机的转 速也随之改变。为了使旋转机械在给定电压不变时速也随之改变。为了使旋转机械在给定电压不变时保持恒保持恒 速速，在电动机的输出轴上耦合一测速发电机，并，在电动机的输出轴上耦合一测速发电机，并将其输出将其输出 电压与给定电压相减后加入放大器电压与给定电压相减

15、后加入放大器， 经放大后供给直流伺经放大后供给直流伺 服电动机。服电动机。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 当当负载阻力矩负载阻力矩由于某种偶然的因素由于某种偶然的因素减小减小，电动机的，电动机的 转速上升转速上升， 此时此时测速发电机的输出电压增大测速发电机的输出电压增大，给定电压，给定电压 与输出电压的差值变小，与输出电压的差值变小， 经放大后加经放大后加到直流电动机的电到直流电动机的电 压减小压减小，使，使电动机减速电动机减速； 反之反之，若，若负载阻力矩偶然变大负载阻力矩偶然变大，则电动机转速下降，则电动机转速下降， 测速机输出电压减小，使测速机输出电压减小，使电动机加速

16、电动机加速。 尽管负载阻力矩发生扰动，但由于该系统的尽管负载阻力矩发生扰动，但由于该系统的调节作调节作 用用，使旋转机械的转速变化很小，使旋转机械的转速变化很小，近似于恒速近似于恒速。 给定电压取自恒压电源，改变给定电压便能达到所希给定电压取自恒压电源，改变给定电压便能达到所希 望的转速。望的转速。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 图图 2-28 恒速控制系统原理图恒速控制系统原理图 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.6 直流测速发电机的性能指标直流测速发电机的性能指标 直流测速发电机的主要性能指标列在表直流测速发电机的主要性能指标列在表 2 - 1 中。中。 第

17、第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 表表 2 - 1 直流测速发电机主要性能指标直流测速发电机主要性能指标 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.7 直流测速发电机的发展趋势直流测速发电机的发展趋势 2.7.1 发展高灵敏度测速发电机发展高灵敏度测速发电机 永磁式高灵敏度直流测速发电机永磁式高灵敏度直流测速发电机：直径大直径大，轴向轴向 尺寸小尺寸小，电枢元件数电枢元件数多，刷间的串联导体数多，因而多，刷间的串联导体数多，因而 输出电压斜率大，其灵敏度比普通测速机高输出电压斜率大，其

18、灵敏度比普通测速机高1000倍倍。 换向器是用塑料或绝缘材料制成换向器是用塑料或绝缘材料制成薄板基体，并在薄板基体，并在 板面上印制换向片而构成的，因此换向片数很多；并板面上印制换向片而构成的，因此换向片数很多；并 且换向器固定在转轴的端面上，故称为且换向器固定在转轴的端面上，故称为印制电路端面印制电路端面 换向器换向器。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 由于这种电机的电枢元件数及换向片数比普通直由于这种电机的电枢元件数及换向片数比普通直 流机多得多，因而流机多得多，因而纹波电压可以大大降低纹波电压可以大大降低。 低速时精度高低速时精度高，能直接与低速伺服电动机耦合，能直接与低速

19、伺服电动机耦合， 耦合刚度高。耦合刚度高。 第第2 2章章 直流测速发电机直流测速发电机 2.7.2 发展无刷直流测速发电机发展无刷直流测速发电机 直流测速发电机的直流测速发电机的缺点缺点： (1) 电刷和换向器电刷和换向器的存在使电机结构比较复杂，的存在使电机结构比较复杂， 维护比较困难，可靠性较差维护比较困难，可靠性较差，使应用环境受到限制。，使应用环境受到限制。 例如在高空、高真空中例如在高空、高真空中换向困难换向困难，在高温环境中容易，在高温环境中容易 起火等。起火等。 (2) 电刷与换向器的摩擦所引起的摩擦转矩，增加电刷与换向器的摩擦所引起的摩擦转矩，增加 了伺服电动机的了伺服电动机的粘滞转矩粘滞转矩。 (3) 电刷与换向器的间断接触引起电刷与换向器的间断接触引起射频噪音射频噪音。 (