第二章直流测速发电机.docx

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第二章直流测速发电机

第二章直流测速发电机

ChaptertwoDCTachogenerator

2.1直流电机基本结构和工作原理

（TheBasicStructureandOperationPrincipleofaDCMachine）

直流发电机工作原理

直流电动机工作原理

2.2直流电机的电势和电磁转矩（EMFandMMFofDCmachine）

电势：

电磁转矩：

磁场分布和电刷电势

图2-13直流电机磁路图2-14气隙中磁通密度分布图

图2-2磁场分布和电刷电势

2.3直流测速发电机（DCTachogenerator）

PRINCIPLEOFOPERATION:

TheDCTachogeneratorisaspeedtransducer,whichdevelopsDCvoltageproportionaltospeedofthemotorconnectedtoit.PermanentMagneticfieldeliminatestheneedofexternalexcitationandoffersextremelyreliableandstableoutputs.Theaccuracyofthetachogeneratordecidesthemaximumaccuracyofspeedofthecontrolledmachine.Theyarewidelyusedforfeedbackanddisplaypurposes.

直流测速发电机及其输出特性

1）对直流测速发电机要求：

（1）输出电压与转子转速之间的关系（称为输出特性）应为线形，如图2-17；

图2-17测速发电机的理想输出特性

（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；

（5）正、反转两个方向的输出特性要一致。

2）输出特性

图2-18直流测速发电机接上负载

图2-19不同负载电阻时的理想输出特性

3）直流测速发电机的误差及其减小方法

（1）温度的影响

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。

图2-20励磁回路中的热敏电阻并联网络图2-21电阻随温度变化的曲线

（2）电枢反应的影响

由于电枢磁场的存在，气隙中的磁场发生畸变，这种现象称为电枢反应。

图2-22直流电机磁场

图2-23直流测速发电机输出特性（图中RL1>RL2）

（3）延迟换向去磁

单叠绕组（singleoverlappingwinding）的展开图

电枢绕组瞬时电路图

图2-24元件的换向过程

直流电机中，电枢绕组元件的电流方向以电刷为其分界线。

电机旋转，当电枢绕组元件从一条支路经过电刷进入另一条支路时，其中电流反向，由+ia变成-ia。

但是，在元件经过电刷而被电刷短路的过程中，它的电流既不是+ia也不是-ia，而是处于由+ia变到-ia的过渡过程。

这个过程叫元件的换向过程。

正在进行换向的元件叫换向元件。

换向元件从开始换向到换向终了所经历的时间为换向周期。

由于元件本身有电感，因此在换向过程中当电流变化时，换向元件中要产生自感电势:

式中，L为换向元件的电感；i为换向元件的电流。

图2-25换向元件中的电势图2-26延迟换向对输出特性的影响

如果不考虑磁通变化，则直流测速发电机电势与转速成正比，当负载电阻一定时，电枢电流及绕组元件电流也与转速成正比；另外，换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。

基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。

因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现图2-26所示的形状。

所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。

（4）波纹

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。

纹波主要是由于电机本身的固有结构及加工误差所引起的。

在第一节中我们已经看到，由于电枢槽数及电枢元件数有限，在输出电势中将引起脉动。

通过增加每条支路中的串联元件数可以减小纹波。

但是由于工艺所限，电机槽数、元件数及换向片数不可能无限增加，因此产生纹波是不可避免的。

同时，由于电枢铁心有齿有槽，以及电枢铁心的椭圆度、偏心等等，也会使输出电势中纹波幅值上升。

（5）电刷接触电压

Ua=f（n）为线性关系的另一个条件是电枢回路总电阻Ra为恒值。

实际上，Ra中包含的电刷与换向器的接触电阻不是一个常数。

为了考虑此种情况对输出特性的影响，我们把电压方程式

改写为

。

其中Rw为电枢绕组电阻；ΔUb为电刷接触压降。

图2-27考虑电刷接触压降后的输出特性

换向器圆周线速度对ΔUb影响较小，在小于允许的最大转速范围内，可认为速度不会引起ΔUb的变化。

但是随着转速的升高，电枢电流Ia增大，电刷电流密度增加。

当电刷电流密度较小时，随着电流密度的增加，ΔUb也相应地增大。

当电流密度达到一定数值后，ΔUb几乎等于常数。

一般情况下，电流自换向器流向电刷时电刷压降较大，因此，通常直流机的接触压降ΔUb是指正负电刷下的总压降。

2.4直流测速发电机的应用

作为反馈元件

图2-4恒速控制系统原理图