交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)

1、第 3 章交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī),第3章 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī),3.1 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)概述,3.3 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的特性和主要技術(shù)指標(biāo),3.4 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的使用,3.5 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用舉例,3.2 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,本 章 要 求,熟練掌握交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理,了解交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和型式,熟練掌握交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性,熟練掌握交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用,搞清交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法,搞清交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo),第3章 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī),3.1 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)概述,交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速信號(hào)的元件。理想的測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓

2、U2與它的轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，如圖所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為,其主要用途有兩種,U2 = k n,運(yùn)算元件和阻尼元件,3.2 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,一、交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),定子上裝有兩個(gè)繞組，一個(gè)作勵(lì)磁用，稱為勵(lì)磁繞組1；另一個(gè)輸出電壓，稱為輸出繞組2；兩個(gè)繞組的軸線互相垂直，在空間上相隔90,轉(zhuǎn)子一般為杯形轉(zhuǎn)子，通常是由非鐵磁材料（硅錳青銅）制成的空心薄壁圓筒，為了減少轉(zhuǎn)子漏電抗、增加電阻。此外，為了減少磁路的磁阻，在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置有固定的內(nèi)定子。在分析時(shí)，杯形轉(zhuǎn)子可視作由無(wú)數(shù)并聯(lián)的導(dǎo)體條組成，和鼠籠轉(zhuǎn)子一樣,勵(lì)磁繞組,輸出繞組,勵(lì)磁繞組,輸出繞組,交流測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖,交流測(cè)

3、速發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵心,下好線的定子,1、是脈振磁通 2、與勵(lì)磁繞組W1的軸線一致，與輸出繞組W2的軸線垂直。 3、與W1和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相匝鏈,勵(lì)磁繞組接U1（交流,i0,Fo=W1i0,e2=0,二、工作原理,W1為勵(lì)磁繞組、W2為輸出繞組,一)、當(dāng)n=0時(shí)，物理過(guò)程,1、勵(lì)磁磁通 在W1的軸線上脈振，與W1和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相環(huán)鏈。 2、與輸出繞組W2的軸線垂直，不穿過(guò)W2 ，因此其中此時(shí)不感應(yīng)電勢(shì),W1軸線,W2軸線,勵(lì)磁繞組,勵(lì)磁繞組W1與轉(zhuǎn)子杯之間的電磁關(guān)系，如同變壓器原邊與副邊之間的情況完全一樣。若忽略勵(lì)磁繞組W1的電阻R1及漏抗X1，則有,U1 E1,由于感應(yīng)電勢(shì) E1 = 4.44fw110

4、,故10 U1所以勵(lì)磁電壓一定時(shí)，磁通也保持不變,結(jié)論: n = 0 時(shí)，磁通不在輸出繞組W2中感應(yīng)出電勢(shì)，輸出繞組W2也就沒(méi)有電壓輸出,二)、當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場(chǎng)10 ，感應(yīng)電勢(shì)ER 2，且 ER2 = Bplv,由于10=Bpl， v=Dn/60,平均磁密,導(dǎo)條長(zhǎng)度,導(dǎo)條速度,轉(zhuǎn)子切割電勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比,由于在勵(lì)磁繞組中通入的是交流電，10 都是隨時(shí)間交變的，頻率為 f1。因而，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁通產(chǎn)生的電勢(shì)ER2及電流IR2也都是交變的,頻率為 f1,由于導(dǎo)條處于短路狀態(tài)，因此其中會(huì)產(chǎn)生電流，忽略導(dǎo)條漏抗的影響時(shí)，其中電流為,流過(guò)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流IR2又要產(chǎn)生磁通2 ，其值與電流IR

5、2成正比，即2 IR2,2與w2的軸線一致，因此，會(huì)在w2中感應(yīng)電勢(shì) ， E2 = 4.44fw22 ,從而輸出電壓U2= E2,所以，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場(chǎng)10 ，感應(yīng)電勢(shì)ER 2，產(chǎn)生電流IR 2。建立磁場(chǎng)2 ，該磁場(chǎng)在輸出繞組中感應(yīng)電勢(shì)ER2，其大小與轉(zhuǎn)速成正比。且與勵(lì)磁電壓同頻率,3.3 異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的特性和主要技術(shù)指標(biāo),一、輸出特性和線性誤差,理想的測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓應(yīng)正比于它的轉(zhuǎn)速，即U2= Kv 。但是實(shí)際的異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓與轉(zhuǎn)速間并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，而是非線性的,上式中v為相對(duì)速度，它是實(shí)際轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速ns的比值，即v = n / ns,1-線性輸出特性

6、2-實(shí)際輸出特性 輸出特性和線性誤差,為了便于衡量實(shí)際輸出特性的線性度，一般把實(shí)際輸出特性上對(duì)應(yīng)于 （為最大相對(duì)速度）的一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線作為線性輸出特性，直線與曲線之間的差異就是誤差，這種誤差通常用線性誤差（又稱幅值相對(duì)誤差）x 來(lái)度量,式中， Umax為實(shí)際輸出電壓與線性輸出電壓的最大差值；U2lTmax為對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)速 n max（技術(shù)條件上有規(guī)定）的線性輸出電壓,異步測(cè)速發(fā)電機(jī)在控制系統(tǒng)中的用途不同，對(duì)線性誤差的要求也不同。作為阻尼元件時(shí)允許線性誤差可大一些；而作為解算元件時(shí)，線性誤差必須很小。目前，高精度的異步測(cè)速發(fā)電機(jī)線性誤差可小到0.05%左右,二、輸出相位移與相位誤差,在自動(dòng)

7、控制系統(tǒng)中，希望異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與激磁電壓同相位，但在實(shí)際的異步測(cè)速發(fā)電機(jī)中，兩者之間卻存在相位移,相位移存在的原因,圖中：E1為磁通 1在激磁繞組中產(chǎn)生的變壓器電勢(shì)； ER2為轉(zhuǎn)子切割磁通 1產(chǎn)生的切割電勢(shì)； E2為磁通 2在輸出繞組中產(chǎn)生的變壓器電勢(shì),稱為異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出相位移,三、剩余電壓Us,測(cè)速發(fā)電機(jī)的激磁繞組已經(jīng)供電，轉(zhuǎn)子處于不動(dòng)情況下（即零速時(shí)）輸出繞組所產(chǎn)生的電壓，此即剩余電壓，又稱為零速電壓,產(chǎn)生剩余電壓的原因是多種多樣的，它由兩部分組成：一部分是固定分量Us0，其值與轉(zhuǎn)子位置無(wú)關(guān)；另一部分是交變分量Usj，它的值與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置變化時(shí)，其值作周期性的變

8、化,四、輸出斜率,與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)一樣，異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出斜率Un通常也規(guī)定為轉(zhuǎn)速1000r/min時(shí)的輸出電壓。輸出斜率越大，輸出特性上比值U2/ n越大，測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)于轉(zhuǎn)速變化的靈敏度就越高。但是與同樣尺寸的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)相比較，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出斜率較小，一般為0.55V/kr/min,3.4 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的使用,在選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的頻率，電壓，工作轉(zhuǎn)速的范圍和具體用途來(lái)選擇交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的規(guī)格。用作解算元件的應(yīng)著重考慮精度要高，輸出電壓穩(wěn)定性要好；用于一般轉(zhuǎn)速檢測(cè)或做阻尼元件時(shí)，應(yīng)著重考慮輸出斜率要大，而不宜既要精度高，又要輸出斜率大,鼠籠轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性斜率大，

9、但是它的特性比較差、線性誤差大、轉(zhuǎn)子慣性大， 通常只用于精度要求不高的系統(tǒng)中,空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的精度比較高，線形誤差小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，應(yīng)用在要求精度比較高的系統(tǒng)中，是最廣泛應(yīng)用的一種異步測(cè)速發(fā)電機(jī),一、負(fù)載性質(zhì)對(duì)輸出特性的影響及改善方法,測(cè)速發(fā)電機(jī)正常工作時(shí),其輸出電壓僅為轉(zhuǎn)速的函數(shù)不受負(fù)載的性質(zhì)和大小的影響,實(shí)際工作中輸出電壓的大小和相位與負(fù)載的大小和性質(zhì)有關(guān),1、負(fù)載阻抗足夠大時(shí)，在測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，負(fù)載阻抗稍有變化，輸出電壓的大小和相位幾乎不變,2、電阻負(fù)載，在測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，負(fù)載阻值減小，輸出電壓的大小減小和相位增加,3、容性負(fù)載，在測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，負(fù)載阻值減小，

10、輸出電壓的大小增加和相位增加,4、感性負(fù)載，在測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，負(fù)載阻值減小，輸出電壓的大小減小和相位減小,結(jié)論：1、電阻電容性負(fù)載，阻抗值的改變會(huì)引起輸出電壓大小的變化趨勢(shì)是相反的，即他們對(duì)輸出電壓的大小的影響可以互相補(bǔ)償，輸出電壓不受負(fù)載大小的影響。但是電阻電容性負(fù)載不能補(bǔ)償輸出相位的偏差。 2、電阻電感性負(fù)載，阻抗值的改變引起相位的改變是相反的，即對(duì)輸出電壓相位的影響可以互相補(bǔ)償，但是電阻電感性負(fù)載對(duì)輸出電壓大小的影響不能補(bǔ)償,綜上所述究竟采用哪種負(fù)載，主要根據(jù)系統(tǒng)的需要而定，通常總是希望保持輸出電壓的大小不受不在阻抗的影響。因此，多數(shù)采用電阻電容性負(fù)載,二、激磁電源的影響,交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)激磁電源電壓幅值的不穩(wěn)定，會(huì)直接引起輸出電壓的不穩(wěn)定，因而影響輸出特性的線形誤差。因此，對(duì)于要求穩(wěn)定性高，誤差小的異步測(cè)速發(fā)電機(jī)，都采用專用的電源供電，其電源的幅值和頻率不受其他因素的影響,三、溫度的影響,環(huán)境溫度的變化和電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作的發(fā)熱，會(huì)使定子繞組和杯形轉(zhuǎn)子的電阻以及磁性材料的性能發(fā)生變化，這樣就會(huì)對(duì)電機(jī)的性能產(chǎn)生影響，使輸出特性不穩(wěn)定,四、移相問(wèn)題,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，往往希望輸出電壓與激磁電壓相位相同，因而要進(jìn)行移相。移相可以在激磁回路中進(jìn)行，也可以在輸出回路中進(jìn)行，或者在兩回路中同時(shí)進(jìn)行。最簡(jiǎn)單的方