測速電機PPT課件

1、測速發(fā)電機 第五章第五章 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 測速元件主要指測速發(fā)電機測速元件主要指測速發(fā)電機 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機 輸出直流電信號輸出直流電信號 輸出交流電信號輸出交流電信號 TG 直流測速直流測速 發(fā)電機發(fā)電機 TG 電磁式直流測速發(fā)電機電磁式直流測速發(fā)電機 TG 永磁式直流測速發(fā)電機永磁式直流測速發(fā)電機 TG 交流測速發(fā)交流測速發(fā) 電機電機 測速發(fā)電機 5.1直流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機是一種把機械轉速變換成電壓信號的測直流測速發(fā)電機是一種把機械轉速變換成電壓信號的測 量元件，實際上從原理上看，它就是一臺微型的直流發(fā)電量元件

2、，實際上從原理上看，它就是一臺微型的直流發(fā)電 機，它的主要目的不是實現(xiàn)機電能量轉換，只是把轉速變機，它的主要目的不是實現(xiàn)機電能量轉換，只是把轉速變 換為電壓信號，作為測量元件換為電壓信號，作為測量元件 直流測速發(fā)電機除了控制系統(tǒng)中作為測速元件之外，還直流測速發(fā)電機除了控制系統(tǒng)中作為測速元件之外，還 能當做阻尼元件以及解算裝置中的微分元件和積分元件。能當做阻尼元件以及解算裝置中的微分元件和積分元件。 直流測速發(fā)電機是控制系統(tǒng)中的一個重要測量轉換元直流測速發(fā)電機是控制系統(tǒng)中的一個重要測量轉換元 件。另外作為校正元件用于改善系統(tǒng)品質，作為反饋元件件。另外作為校正元件用于改善系統(tǒng)品質，作為反饋元件 用

3、于速度反饋。用于速度反饋。 測速發(fā)電機 v分類：永磁式：磁場變化小，穩(wěn)定。分類：永磁式：磁場變化小，穩(wěn)定。 電磁式：磁場隨電阻的改變而改變，不穩(wěn)定。電磁式：磁場隨電阻的改變而改變，不穩(wěn)定。 v轉子、定子及電刷和換向器組成。電樞繞組在轉子上。磁極轉子、定子及電刷和換向器組成。電樞繞組在轉子上。磁極 在定子上，一般采用永磁體作磁極。在定子上，一般采用永磁體作磁極。 v對直流測速發(fā)電機的主要要求是：對直流測速發(fā)電機的主要要求是： (l(l）輸出電壓要與轉速成線性關系，且正反轉時特性一致；）輸出電壓要與轉速成線性關系，且正反轉時特性一致； (2(2）輸出特性的靈敏度高，即要求電壓變化大，斜率大；）輸出

4、特性的靈敏度高，即要求電壓變化大，斜率大； (3(3）輸出電壓的紋波小，即轉速穩(wěn)定，用波紋系數(shù)來表示。）輸出電壓的紋波小，即轉速穩(wěn)定，用波紋系數(shù)來表示。 (4(4）電機的慣量小，以保證電機響應速度快。）電機的慣量小，以保證電機響應速度快。 此外，還要求高頻干擾小，噪音小，工作可靠，以及結此外，還要求高頻干擾小，噪音小，工作可靠，以及結 構簡單，體積小和重量輕等。構簡單，體積小和重量輕等。 測速發(fā)電機 5.2基本關系式與輸出特性基本關系式與輸出特性 d d a aaaaa I ER ILU t aaaa ER IU aee ECnK aLa IRU 10em TTT 一、基本關系式一、基本關系式

5、 基本關系式與發(fā)電機相似?；娟P系式與發(fā)電機相似。 感應電勢的大小與轉速成正比，電勢的方向由轉速的方感應電勢的大小與轉速成正比，電勢的方向由轉速的方 向所決定。向所決定。 T T1 1很小，若果很大，會影響被測裝置的運行很小，若果很大，會影響被測裝置的運行 測速發(fā)電機 輸出電壓與轉速是線性關系。輸出電壓與轉速是線性關系。 輸出斜率或靈敏度輸出斜率或靈敏度 0,d/d0 aa IIt 10 0 em TTT 11 ee aL aa LL CK UnK n RR RR 1 e L a L C K R R d/d0 a It L K 二、空載輸出特性二、空載輸出特性 三、負載時的靜態(tài)特性三、負載時的

6、靜態(tài)特性 aaee UECnK 負載電阻不能太小負載電阻不能太小 測速發(fā)電機 ( ) ( ) ( )1 aL UsK G s sTs a aL L T RR 1 e L a L K K R R 四、負載時的動態(tài)特性四、負載時的動態(tài)特性 v考慮電流的變化和電樞電感，直流測速發(fā)電機是一個非周期考慮電流的變化和電樞電感，直流測速發(fā)電機是一個非周期 環(huán)節(jié)即慣性環(huán)節(jié)。不過，當環(huán)節(jié)即慣性環(huán)節(jié)。不過，當l/l/T T 遠大于系統(tǒng)的帶寬時，測速發(fā)遠大于系統(tǒng)的帶寬時，測速發(fā) 電機仍可看成是轉速的比例環(huán)節(jié)。電機仍可看成是轉速的比例環(huán)節(jié)。 動態(tài)特性是指輸入一個階躍轉速時，輸出信號電壓隨時間動態(tài)特性是指輸入一個階躍轉

7、速時，輸出信號電壓隨時間 變化的規(guī)律變化的規(guī)律 測速發(fā)電機 5.3 輸出特性的誤差分析輸出特性的誤差分析 線性特性是希望的理想情況。線性特性是希望的理想情況。 實際的測速發(fā)電機一定存在誤差實際的測速發(fā)電機一定存在誤差 。 一、電樞反應一、電樞反應 1.1.使氣隙磁場的物理中性面順著直流發(fā)電機的旋轉方向使氣隙磁場的物理中性面順著直流發(fā)電機的旋轉方向 偏轉。偏轉。 2. 2. 由于磁路接近于飽和，因此有去磁效應，使輸出電由于磁路接近于飽和，因此有去磁效應，使輸出電 壓減小壓減小 。輸出特性向下彎曲。輸出特性向下彎曲。 電樞反應對氣隙合成磁場的兩個影響：電樞反應對氣隙合成磁場的兩個影響： 產(chǎn)生誤差的

8、原因：運行中的測速發(fā)電機磁極磁通、氣隙磁通、產(chǎn)生誤差的原因：運行中的測速發(fā)電機磁極磁通、氣隙磁通、 電樞回路電阻電樞回路電阻R Ra a和負載電阻和負載電阻R RL L等不能保持恒定不變，都會使輸?shù)炔荒鼙３趾愣ú蛔儯紩馆?出特性產(chǎn)生非線性。出特性產(chǎn)生非線性。 測速發(fā)電機 0 1 e a L C LR R k 0 iL s k k k nk R nk R n k k nk U UU U s L L L s L L a aa a 1 1 1 0 0 0 0 1 e aL a L C Unk n R R 轉速升高，負載電阻變小，都使輸出電壓誤差增大。轉速升高，負載電阻變小，都使輸出電壓誤差增大。

9、 測速發(fā)電機的技術條件中都注明最高轉速和最小負測速發(fā)電機的技術條件中都注明最高轉速和最小負 載電阻值，以防超差。載電阻值，以防超差。 測速發(fā)電機 v二、延遲換向去磁二、延遲換向去磁 v換向元件中存在電勢和電流，方換向元件中存在電勢和電流，方 向與換向前的電流相同。產(chǎn)生的向與換向前的電流相同。產(chǎn)生的 磁通與主磁通方向相反，起去磁磁通與主磁通方向相反，起去磁 作用，稱為延遲換向去磁。作用，稱為延遲換向去磁。 v換向元件的電流及其去磁磁通與轉速的平方成正比，換向元件的電流及其去磁磁通與轉速的平方成正比， 它們往往是輸出特性曲線高速部分產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象的它們往往是輸出特性曲線高速部分產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象的 主要原

10、因。高精度直流測速機的轉速上限主要是受主要原因。高精度直流測速機的轉速上限主要是受 到延遲換向去磁效應的限制。到延遲換向去磁效應的限制。 測速發(fā)電機 v 三、電刷與換向器的接觸電阻與接觸電壓三、電刷與換向器的接觸電阻與接觸電壓 v電刷與換向器之間的電阻稱為接觸電阻，數(shù)值不確定。電刷與換向器之間的電阻稱為接觸電阻，數(shù)值不確定。 當轉速較低，電流較小時，接觸電阻較大，測速發(fā)電當轉速較低，電流較小時，接觸電阻較大，測速發(fā)電 機的輸出電壓很小，形成不靈敏區(qū)機的輸出電壓很小，形成不靈敏區(qū) 。 v接觸電阻上的壓降接觸電阻上的壓降 稱為接觸壓降。當轉速較高，稱為接觸壓降。當轉速較高， 電樞電流較大時，接觸壓

11、降為常數(shù)。電樞電流較大時，接觸壓降為常數(shù)。 b U a aaaabeab L U UEI RUCnRU R 1 1 L aaabb a e L K UUUUU R C R 測速發(fā)電機 v輸出特性曲線輸出特性曲線 v常值接觸壓降使輸出特常值接觸壓降使輸出特 性曲線向下平移。性曲線向下平移。 v同時考慮電樞反應、延同時考慮電樞反應、延 遲換向去磁、不靈敏區(qū)遲換向去磁、不靈敏區(qū) 和接觸壓降后，實際輸出特性如實線和接觸壓降后，實際輸出特性如實線2 2所示。所示。 v降低接觸壓降，縮小不靈敏區(qū)：采用特殊電刷，電降低接觸壓降，縮小不靈敏區(qū)：采用特殊電刷，電 刷接觸表面鍍銀，鍍金。刷接觸表面鍍銀，鍍金。 測

12、速發(fā)電機 v四、紋波四、紋波 v紋波主要是由電機本身的固有結構及加工誤差引起紋波主要是由電機本身的固有結構及加工誤差引起 的。的。 v紋波的大小用紋波系數(shù)衡量紋波的大小用紋波系數(shù)衡量 ： v電機繞組數(shù)目與紋波的關系：電機繞組數(shù)目與紋波的關系： 繞組元件數(shù)越多（或換向片數(shù)繞組元件數(shù)越多（或換向片數(shù) 越多），則電勢波動的頻率越越多），則電勢波動的頻率越 高，幅值越小。高，幅值越小。 maxmin maxmin 100% UU k UU 測速發(fā)電機 v 五、火花和電磁干擾五、火花和電磁干擾 v換向器和電刷間經(jīng)常發(fā)生電火花，使輸出電壓上有換向器和電刷間經(jīng)常發(fā)生電火花，使輸出電壓上有 高頻尖脈沖，并帶來

13、無線電頻率的噪音和干擾。為高頻尖脈沖，并帶來無線電頻率的噪音和干擾。為 了減輕和消除輸出電壓上的高頻毛刺，一般都要在了減輕和消除輸出電壓上的高頻毛刺，一般都要在 直流測速發(fā)電機的輸出端接上低通濾波電路。直流測速發(fā)電機的輸出端接上低通濾波電路。 1 1 1 1 )( )( 1 0 RCs Cs R Cs sU sU 測速發(fā)電機 v溫度變化也會引起電樞繞組電阻的變化，并 引起電樞繞組電流的變化 測速發(fā)電機 5.4 直流測速發(fā)電機的應用直流測速發(fā)電機的應用 作為反饋元件作為反饋元件 恒速控制系統(tǒng)原理圖恒速控制系統(tǒng)原理圖 將轉速測出，其輸出電壓將轉速測出，其輸出電壓 反饋到放大器輸入端，與給定反饋到放

14、大器輸入端，與給定 電壓比較電壓比較 m U 測速發(fā)電機 二二 作為轉速阻尼元件作為轉速阻尼元件 使系統(tǒng)機械慣性引起的震蕩受到阻尼，改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。使系統(tǒng)機械慣性引起的震蕩受到阻尼，改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。 測速發(fā)電機 5.2異步測速發(fā)電機 結構：鼠籠轉子和杯形轉子結構：鼠籠轉子和杯形轉子 杯形轉子精度高，應用廣。杯形轉子精度高，應用廣。 空心杯轉子測速發(fā)電機的轉子是一個薄壁非磁性空心空心杯轉子測速發(fā)電機的轉子是一個薄壁非磁性空心 杯。定子上嵌有在空間相差杯。定子上嵌有在空間相差9090電角的兩相繞組（激磁繞電角的兩相繞組（激磁繞 組和輸出繞組）。組和輸出繞組）。 通常為四極電機。通常為四極電

15、機。 測速發(fā)電機 二、工作原理二、工作原理 激磁繞組激磁繞組 加交流電壓激磁，產(chǎn)加交流電壓激磁，產(chǎn) 生脈振磁通生脈振磁通 ，與，與 軸線一致，軸線一致， 為直軸方向。為直軸方向。 1 W 1 1 W 轉子不動時，直軸脈振磁通在轉子中感應出變壓器電勢。轉子不動時，直軸脈振磁通在轉子中感應出變壓器電勢。 氣隙中的磁通是直軸磁通，與輸出繞組沒有相交，輸出繞氣隙中的磁通是直軸磁通，與輸出繞組沒有相交，輸出繞 組中感應電勢和輸出電壓為零。組中感應電勢和輸出電壓為零。 轉子轉動，轉子切割直軸磁通產(chǎn)生旋轉電勢。頻率同轉子轉動，轉子切割直軸磁通產(chǎn)生旋轉電勢。頻率同 激磁電壓激磁電壓f f，大小為，大小為 21

16、r EC n r E 測速發(fā)電機 電勢電勢 在轉子杯中產(chǎn)生短路電流在轉子杯中產(chǎn)生短路電流 ，頻率為，頻率為f f ，大小，大小 正比于正比于 和轉速。產(chǎn)生的磁通和轉速。產(chǎn)生的磁通 頻率為頻率為f f ，方向為交軸，方向為交軸 方向，大小與電流方向，大小與電流 和轉速成正比。該磁通在輸出繞組中和轉速成正比。該磁通在輸出繞組中 感應出頻率為感應出頻率為f f 的變壓器電勢，大小為的變壓器電勢，大小為 異步測速發(fā)電機的輸出電勢的頻率就是激磁頻率，大小異步測速發(fā)電機的輸出電勢的頻率就是激磁頻率，大小 正比于轉速。正比于轉速。 轉向改變時輸出電勢的相位轉向改變時輸出電勢的相位 也跟著改變。也跟著改變。

17、r E r E 2 I 2 I 2 2324 ECC n 異步測速發(fā)電機的輸出電勢的頻率就是激磁頻率，大小正異步測速發(fā)電機的輸出電勢的頻率就是激磁頻率，大小正 比于轉速。比于轉速。 轉向改變時輸出電勢的相位轉向改變時輸出電勢的相位 也跟著改變。也跟著改變。 測速發(fā)電機 v與直流測速發(fā)電機相比，交流測速發(fā)電機優(yōu)點是與直流測速發(fā)電機相比，交流測速發(fā)電機優(yōu)點是 （1 1）沒有電刷和換向器，構造簡單，維護容易，運）沒有電刷和換向器，構造簡單，維護容易，運 行可靠；行可靠； （2 2）無滑動接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高；）無滑動接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高； （3 3）摩擦力矩小，慣性小；（無刷，空心杯）摩

18、擦力矩小，慣性??；（無刷，空心杯） （4 4）不產(chǎn)生干擾火花。）不產(chǎn)生干擾火花。 v缺點是缺點是 （1 1）存在剩余電壓和相位誤差；）存在剩余電壓和相位誤差； （2 2）輸出斜率小；）輸出斜率??； （3 3）輸出特性隨負載性質（電阻，電容，電感）變）輸出特性隨負載性質（電阻，電容，電感）變 化。化。 測速發(fā)電機 由規(guī)定的檢測時間內傳感器的脈沖數(shù)由規(guī)定的檢測時間內傳感器的脈沖數(shù) 計算速度。計算速度。 設傳感器每轉產(chǎn)生的脈沖數(shù)為設傳感器每轉產(chǎn)生的脈沖數(shù)為P P，在檢測時間段，在檢測時間段 （s s） 內測得的脈沖數(shù)為內測得的脈沖數(shù)為 ，則轉速，則轉速n n為為 r/minr/min 5.3 由位移傳感器的脈沖信號求轉速 1 m g T 1 m 以光電增量碼盤為代表的角位移傳感器的輸出信號是以光電增量碼盤為代表的角位移傳感器的輸出信號是 方波脈沖信號，脈沖的個