电机与电气控制技术 课件 6-1认识测速发电机

项目六控制电动机目录任务一

认识测速发电机任务二

认识步进电动机任务三

认识伺服电动机任务一认识测速发电机任务描述

测速发电机在自动控制系统中作为检测元件，可以将电动机轴上的机械转速转换为电压信号输出。输出电压信号与机械转速成正比关系，输出电压的极性反映电动机的旋转方向。测速发电机有直流、交流两种形式。自动控制系统要求测速发电机的输出电压必须精确、迅速地与转速成正比，在很多情况下，测速发电机代替测速计直接测量转速。

本任务主要是学习几种常用伺服电动机的结构、工作原理、工作特性、控制方式和应用。直流测速发电机

直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。在恒速控制系统中，测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速成正比的信号电压作为反馈信号，以调节速度。

直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两种。电磁式发电机励磁绕组接成他励，由独立的直流电源供电。电磁式励磁绕组的电阻受发电机工作温度的影响要发生变化，会引起测量误差。

永磁式发电机采用矫顽力高的磁钢制成磁极。永磁式发电机不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广，但永磁材料价格昂贵，在受到机械振动影响时可能会引起退磁。直流测速发电机的工作原理

图6-1直流测速发电机外形及原理图直流测速发电机的定、转子结构与普通小型直流发电机相同，工作原理也与一般直流发电机相同。图6-1所示为直流测速发电机的外形及原理图。励磁绕组中流过直流电流时，产生沿空间分布的恒定磁场，电枢由被测机械拖动旋转，以恒定速度切割磁场，在电枢绕组中产生感应电动势，从电刷两端引出的直流电动势为：

（6-1）式中：

—直流测速发电机的电动势系数，对于已制成的电动机，当保持磁通不变时，

为常数，即电枢感应电动势的大小与转子的转速成正比。直流测速发电机的输出特性

图6-2直流测速发电机的理想输出特性曲线输出特性指输出电压与转子转速之间的关系。即

，是测速发电机的主要特性之一。测速发电机空载时，电枢电流

，输出电压

，

测速发电机电枢两端接入负载电阻

，

中流过电枢电流，并在电枢回路产生电阻压降，使输出电压减小，即：

（6-2）

（6-3）

式中，

—为电枢回路总电阻，包括电枢绕组内阻

和电刷接触电阻。将式6-1、式6-2代人式6-3并化简整理，得出测速发电机的输出特性为：

（6-4）理想情况下，

、

、Φ均为常数，输出电压与转速成正比变化。取不同的值，可得一组直线输出特性，如图6-2所示。当

时，为空载时的输出特性；

减小，输出特性曲线的斜率减小，输出电压降低。直流测速发电机的型号直流测速发电机的型号由机座号、产品名称代号、性能参数代号三部分组成。机座号用电动机机壳外径的尺寸数值(以毫米为单位)表示。产品名称代号由2～4个汉语拼音字母表示。每个字母表示的含义为：第1个字母表示电动机的类别，后面的字母表示该类电动机的细分类。电磁式直流测速发电机用CD表示，永磁式直流测速发电机用CY表示。电磁式直流测速发电机的性能参数代号由3～4位数字组成，前两位数字表示励磁电压,后面一位或两位数字表示性能参数序号，由1~99给出。永磁式直流测速发电机的性能参数代号由1～99给出。例如：55CD363表示机座外径为55mm、励磁电压为36V、性能参数序号为3的电磁式直流测速发电机。直流测速发电机的应用

图6-3为恒速控制系统原理图。直流伺服电动机的负载是一个旋转机械，当负载转矩变化时，电动机转速也随之改变。为了使旋转机械保持恒速，在电动机轴上耦合一台直流测速发电机，并将其输出电压

反馈到放大器输入端。给定电压,取自可调的电压源。给定电压和测速发电机反馈电压相减后，作为放大器输入

。图6-3恒速控制系统原理图恒速控制系统工作原理

当负载转矩由于某种偶然因素增加时，电动机转速将减小，此时直流测速发电机输出电压

也随之减小，而使放大器输入

增加，电动机电压增加，转速增加。反之，若负载转矩减小，转速增加，则测速发电机输出增大，放大器输入电压减小，电动机转速下降。这样，即使负载转矩发生扰动，由于测速发电机的速度负反馈所起引起的调节作用，使旋转机械的转速变化很小，近似于恒速，起到转速校正的作用。交流测速发电机的基本结构

交流测速发电机分为同步式和异步式两类，下面以异步测速发电机为例介绍。异步测速发电机的基本结构与普通异步电动机相似。定子上安装有两相对称绕组，转子分为笼型或杯形两种结构。相比之下，笼型转子的惯性大、特性较差。因此，在对精度要求较高的控制系统中多采用杯形转子，其基本结构包括内定子、外定子和转子薄杯，如图6-4所示。在外定子铁心槽中安装有励磁绕组，其匝数为

，在内定子铁心槽中安装有输出绕组，其匝数为

，两个绕组在空间彼此互差90°电角度。金属空心转子采用电阻率较高的硅锰青铜等非磁性材料制成杯形，其杯壁很薄，仅为0.3mm左右。转子的一端由金属环固定在轴上，使薄杯能在内、外定子之间的气隙中转动。图6-4空心杯形转子异步测速发电机1-杯形转子；2-外定子；3-内定子；4-励磁绕组；5-输出绕组；6-导筒；7-端环；8-轴交流测速发电机的工作原理

当异步测速发电机转子静止（

）时，在励磁绕组两端接交流电源

，产生脉振磁通

，

作用在励磁绕组的轴线(

轴)方向，于是在励磁绕组中感应反电动势

，其有效值为

，若忽略漏抗的影响，则有：

式中

为电源频率；

为励磁绕组有效匝数。

脉振磁通

还在短路的转子绕组中产生感应变压器电动势，产生电流

和磁通

，

与

相去磁，如图6-5（a）所示。由于

和

均与输出绕组的绕组轴线(

轴)相垂直，因此，输出绕组中并不产生感应电动势，输出电压

。(a)转子静止(b)转子旋转

图6-5异步测速发电机工作原理交流测速发电机的工作原理

当转子旋转时，转子绕组中除产生如上所述的变压器电动势外，还因切割励磁磁通而产生感应速率电动势和短路电流。若忽略转子漏抗的影响，与同方向,如图6-5（b）所示。为交变电动势，其交变频率与励磁磁通的脉振频率相同，电动势的大小为：(a)转子静止(b)转子旋转

图6-5异步测速发电机工作原理转子电流的大小为：转子电流又产生交变的电枢磁通其大小与转子电流成正比，即

磁通的方向与输出绕组的轴线(轴)相一致，因此，在输出绕组中感应出频率为的变压器电动势，若忽略输出绕组的漏抗，输出绕组的电压为：交流测速发电机的工作原理

(a)转子静止(b)转子旋转

图6-5异步测速发电机工作原理

根据以上分析，可以得出由此可见，如果保持励磁绕组的电压不变，异步测速发电机定子输出绕组的电压与转速成正比，即输出电压的数值可以表示电动机转速的快慢。同时，输出电压的相位与电动机的转向有关；输出电压的频率由电源频率决定。即交流测速发电机的型号交流测速发电机的型号由机座号、产品名称代号、性能参数代号3部分组成。机座号用电动机机壳外径的尺寸数值(以毫米为单位)表示。空心杯形转子异步测速发电机产品名称代号为CK，笼型转子异步测速发电机产品名称代号为CL。交流测速发电机的性能参数代号由2～3位数字组成，第1位数字表示励磁电压，后面1～2位数字表示性能参数序号，由1～99给出。例如：55CK31表示机座外径为55mm、励磁电压为36V（代号3对应励磁电压为36V）性能参数序号为1的空心杯形转子异步测速发电机。交流测速发电机的应用电磁滑差离合器的异步调速系统如图6-6所示。该系统由异步电动机、电磁滑差离合器、测速发电机和控制电路组成。