电机及电力拖动第13章测速发电机

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1、 目 录下 页上 页退 出 13.1 直 流 测 速 发 电 机 13.2 交 流 异 步 测 速 发 电 机 测 速 发 电 机 是 一 种 反 映 转 速 的 信 号 元 件 ， 它 将 输 入 的 机械 转 速 变 换 成 电 压 信 号 输 出 ， 这 要 求 电 机 的 输 出 电 压 与 转 速成 正 比 关 系 。 目 录下 页上 页退 出0 0 060 ePNE n C na 直 流 测 速 发 电 机 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 。其 原 理 图 如 图 ， 在 恒 定 磁 场

2、中 ， 电 枢 以 转 速 n旋 转 时 ， 电 枢 上 的 导 体 切 割 磁 通 0， 在 电 刷 间产 生 空 载 感 应 电 动 势 E0。在 空 载 时 ， 即 电 枢 电 流 Ia=0,其 输 出 电 压 就 是 空 载 感 应 电 动 势 ，即 U0=E0， 因 而 输 出 电 压 与 转 速 成 正 比 。在 负 载 时 ， 因 电 枢 电 流 Ia 0， 若 不 讲 电 枢 反 应 的 影 响 ， 直 流测 速 发 电 机 的 输 出 电 压 为 U=E0-IaRa,电 枢 电 流 为 a zUI R以 上 三 式 整 理 得 01 e azCU nRR 目 录下 页上 页退

3、 出在 理 想 情 况 下 ， Ra、 Rz和 均 为 常 数 ， 直 流测 速 发 电 机 的 输 出 电 压 U与 转 速 n仍 成 线 性 关 系 。对 于 不 同 的 负 载 电 阻 ，测 速 发 电 机 的 输 出 特 性的 斜 率 也 有 所 不 同 ， 它随 负 载 电 阻 的 减 小 而 降低 ， 如 图 。 直 流 测 速 发 电 机 的 输 出 特 性 目 录下 页上 页退 出 直 流 测 速 发 电 机 输 出 电 压 U与 转 速 n成 线 性 关 系 的 条 件 是 、Ra、 Rz保 持 不 变 ， 实 际 上 ， 在 运 行 时 ， 有 一 些 因 素 会 引 起

4、这 些量 发 生 变 化 ， 这 些 因 素 是 ： 周 围 环 境 温 度 的 变 化 ， 特 别 是 励 磁 绕 组 长 期 通 电 热 而 引 起 的励 磁 绕 组 电 阻 的 变 化 ， 将 引 起 励 磁 电 流 及 磁 通 0的 变 化 ， 从而 造 成 线 性 误 差 。 直 流 测 速 发 电 机 有 负 载 时 电 枢 反 应 的 去 磁 作 用 ， 使 测 速 发电 机 气 隙 磁 通 减 小 ， 引 起 线 性 误 差 。 因 为 电 枢 电 路 总 电 阻 中 包 括 电 刷 与 换 向 器 的 接 触 电 阻 ， 而 这种 接 触 电 阻 是 随 负 载 电 流 变

5、化 而 变 化 的 。 当 发 电 机 转 速 较 低 时 ，相 应 的 电 枢 电 流 较 小 ， 而 接 触 电 阻 较 大 ， 这 时 测 速 发 电 机 虽 然有 输 入 信 号 （ 转 速 ） ， 但 输 出 电 压 却 很 小 ， 因 而 在 输 出 特 性 上引 起 线 性 误 差 。 目 录下 页上 页退 出为 了 减 小 由 温 度 变 化 而 引 起 的 磁 通 变 化一 方 面 可 在 实 际 使 用 时 在 励 磁 回 路 中 串 联 一 个 电 阻 值 较 大 的附 加 电 阻 。另 一 方 面 设 计 时 可 使 发 电 机 磁 路 处 于 较 饱 和 状 态为 了

6、 减 小 电 枢 反 应 的 去 磁 作 用在 设 计 时 可 在 定 子 磁 极 上 安 装 补 偿 绕 组 ， 并 选 取 较 小 的 线 负荷 和 适 当 加 大 发 电 机 气 隙 ，在 使 用 时 尽 可 能 采 用 大 的 负 载 电 阻 ， 并 选 用 适 当 的 电 刷 ， 以减 小 电 刷 接 触 压 降 。 目 录下 页上 页退 出空 心 杯 形 转 子 异 步 测 速 发 电 机 结 构 和 杯形 转 子 伺 服 电 动 机 相 似 ， 转 子 是 一 个 薄壁 非 磁 性 杯 ， 通 常 用 高 电 阻 率 的 硅 锰 青铜 或 铝 锌 青 铜 制 成 。 定 子 的

7、两 相 绕 组 在空 间 位 置 上 严 格 保 持 90 电 角 度 ， 其 中一 相 作 为 励 磁 绕 组 ， 外 施 稳 频 稳 压 的 交流 电 源 励 磁 ； 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 ，如 图 。 交 流 异 步 测 速 发 电机 的 工 作 原 理 目 录下 页上 页退 出转 子 不 动 时d轴 的 脉 振 磁 通 只 能 在 空 心 杯 转 子 中感 应 出 变 压 器 电 动 势 ， 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

8、绕 组 产 生 的 磁 通在 同 一 轴 线 上 ， 阻 碍 1的 变 化 ， 所以 合 成 磁 通 仍 为 沿 d轴 的 磁 通 d。而 输 出 绕 组 的 轴 线 和 励 磁 绕 组 轴 线空 间 位 置 相 关 90 电 角 度 ， 它 与 d轴磁 通 没 有 耦 合 关 系 ， 故 不 产 生 感 应电 动 势 ， 输 出 电 压 为 零 。 交 流 异 步 测 速 发 电 机的 工 作 原 理 当 电 机 的 励 磁 绕 组 外 施 电 压 U1时 ， 便 有 电 流 I1流 过 绕 组 ， 在 电机 气 隙 中 沿 励 磁 绕 组 轴 线 （ d轴 ） 产 生 一 频 率 为 f的

9、 脉 动 磁 通 1。 目 录下 页上 页退 出转 子 转 动 后转 子 绕 组 中 除 了 感 应 有 变 压 器 电 动 势 外 ， 同 时 因 转 子 导 体 切 割磁 通 d， 而 在 转 子 绕 组 中 同 还 感 应 一 旋 转 电 动 势 Erq， 其 有 效值 为 rq q dnE C Cq 比 例 常 数 。 2 2 24.44 qE fN K 而 q的 轴 线 则 与 输 出 绕 组 轴 线 （ q轴 ） 重 合 ， 由 于 q作 用 在 q轴 ， 因 而 在 定 子 输 出 绕 组 中 感 应 出 变 压 器 电 动 势 ， 其 频 率 仍为 f， 而 有 效 值 为式

10、中 N2Kw2 输 出 绕 组 的 有 效 匝 数 ， 对 一定 的 电 机 ， 其 值 为 常 数 。 目 录下 页上 页退 出考 虑 到 q Erq而 Erq n， 故 输 出 电 动 势 E2可 写 成 E2=C1n C1 比 例 常 数 。 即 输 出 绕 组 中 所 感 应 产 生 的 电 动 势 E2与 转 速 n成 正 比 ， 由 这 个 电 动 势 产 生 输出 电 压 U2。 若 转 子 转 动 方 向 相 反 ， 则转 子 中 的 旋 转 电 动 势 Erq， 电 流 Irq及 其所 产 生 的 磁 通 q的 相 位 均 随 之 相 反 ，因 而 输 出 电 压 的 相 位

11、 也 相 反 。 这 样 ，异 步 测 速 发 电 机 就 能 将 转 速 信 号 转 变成 电 压 信 号 ， 实 现 测 速 的 目 的 。 目 录下 页上 页退 出 自 动 控 制 系 统 对 异 步 测 速 发 电 机 的 要 求 ： 输 出 电 压 与 转 速 成 严 格 的 线 性 关 系 。 输 出 电 压 与 励 磁 电 压 （ 压 ） 相 同 。 转 速 为 零 时 ， 没 有 输 出 电 压 ， 即 所 谓 剩 余 电 压 为 零 。输 出 电 压 U2与 转 速 n成 严 格 的 线 性 关 系 的 前 提 是 励 磁 绕 组 轴线 （ d轴 ） 上 产 生 变 压 器

12、电 动 势 的 脉 振 磁 通 d的 振 幅 应 保持 恒 定 。 但 是 实 际 上 励 磁 绕 组 有 电 阻 和 漏 抗 d的 振 幅 是 变化 的 ， 这 就 破 坏 了 输 出 电 压 与 转 速 应 保 持 的 线 性 关 系 。 目 录下 页上 页退 出减 少 误 差 方 法 : 设 法 减 小 定 子 阻 抗 和 增 大 转 子 电 阻 。 可 提 高 电 源 频 率 以 增 加 同 步 转 速 ， 减 小 相 对 转 速 ， 降 低测 速 发 电 机 的 最 大 误 差 。 输 出 电 压 与 励 磁 电 压 之 间 的 相 位 误 差 是 由 励 磁 绕 组 的漏 阻 抗

13、压 降 所 引 起 的 。 目 录下 页上 页退 出测 速 发 电 机 已 励 磁 而 转 子 不 转 （ 即 零 信 号 状 态 下 ） 时 ， 输 出绕 组 所 出 现 的 电 压 ， 称 为 剩 余 电 压 ， 亦 称 零 信 号 电 压 。产 生 剩 余 电 压 的 原 因 主 要 有 两 个 方 面 : 制 造 工 艺 不 良 ， 如 内 定 子 椭 圆 ， 造 成 磁 路 不 对 称 ， 绕 组 匝间 短 路 以 及 两 相 绕 组 在 空 间 下 完 全 成 90 电 角 度 等 原 因 ， 使励 磁 绕 组 与 输 出 绕 组 之 间 存 在 着 耦 合 作 用 。 导 磁 材

14、 料 不 均 匀 以 及 非 线 性 ， 产 生 高 次 谐 波 磁 场 ， 就 会 在输 出 绕 组 中 感 应 出 谐 波 电 动 势 。 为 此 ， 应 合 理 地 选 择 磁 性 材料 和 提 高 加 工 质 量 ， 采 用 补 偿 绕 组 和 磁 路 补 偿 等 措 施 ， 昼 减少 剩 余 电 压 。 目 录下 页上 页退 出 在 选 用 时 ， 应 根 据 系 统 的 频 率 电 压 、 工 作 转 速 和 具 体 用 途 夹选 择 交 流 测 速 发 电 机 的 规 格 ， 用 作 解 元 件 的 应 着 重 考 虑 精 度 要高 ， 输 出 电 压 稳 定 性 好 ； 用 于

15、 一 般 转 速 检 测 或 作 阻 尼 元 件 时 ，应 着 重 考 虑 输 出 斜 率 要 大 。与 直 流 测 速 发 电 机 比 较 ， 交 流 异 步 测 速 发 电 机优 点 ： 结 构 简 单 ， 维 护 容 易 ， 运 行 可 靠 ； 没 有 电 刷 和 换 向 器 ，因 而 无 滑 动 接 触 ， 输 出 特 性 稳 定 、 精 度 高 ； 摩 擦 力 矩 小 ， 转 动惯 量 小 ； 正 反 转 输 电 压 对 称 。缺 点 ： 存 在 相 位 误 差 和 剩 余 电 压 ； 输 出 斜 率 小 ； 输 出 特 性 随 负载 性 质 （ 电 阻 、 电 感 、 电 容 ） 而 有 不 同 。当 使 用 直 流 或 交 流 测 速 发 电 机 都 能 满 足 系 统 要 求 时 ,则 需 考 虑到 它 们 的 优 缺 点 ,全 面 权 衡 ,合 理 选 用 。