測速發(fā)電機的應用-直流測速發(fā)電機測速誤差分析及減小誤差的方法

1、測速發(fā)電機的應用-直流測速發(fā)電機測速誤差分析及減小誤差的方法研究    論文 畢業(yè)論文直流測速發(fā)電機作為自動控制系統(tǒng)中的校正元件，就其物理本質(zhì)來說，是一種測量轉(zhuǎn)速的微型直流發(fā)電機；從能量轉(zhuǎn)換的角度看，它把機械能轉(zhuǎn)換為電能，輸出直流電；從信號轉(zhuǎn)換的角度看，它把轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號輸出，因而可以用來測量轉(zhuǎn)速。1 自動控制系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機的要求自動控制系統(tǒng)對其元件的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等。據(jù)此，直流測速發(fā)電機在電氣性能方面應滿足以下幾項要求：    （1） 輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關系

2、曲線（輸出特性）    a    RL = 應為線性Ua=K*n，如圖1所示。    RL1（2） 輸出特性的斜率要大；    （3） 溫度變化對輸出特性的影響要?。?#160;    RL2（4） 輸出電壓的紋波要?。唬?） 正、反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出特性要一致。    RL1> RL2可以看出，第（2）項要求是為了提高測速發(fā)   &

3、#160;圖1: 不同負載電阻時的電機的靈敏度。因為輸出特性斜率大，即U/n大，    理想輸出輸出特性這樣，測速機的輸出對轉(zhuǎn)速的變化很靈敏。負載時輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關系式為：Ua=Ce*n/(1+Ra/Rl) 如果式中、Ra和Rl都能保持常數(shù)，則Ua與n之間仍呈線性關系，只不過隨著負載電阻的減小，輸出特性的斜率變小而已，如圖1所示。第（1）、（3）、（4）、（5）項的要求是為了提高測速機的精度。因為只有輸出電壓與轉(zhuǎn)速成線性關系，并且正、反轉(zhuǎn)時特性一致，溫度變化對特性的影響越小，輸出電壓越穩(wěn)定，輸出電壓才越能精確地反映轉(zhuǎn)速，才能有利于提高整個系統(tǒng)的精度。2

4、 直流測速發(fā)電機的誤差及其減小的方法實際上，測速發(fā)電機的輸出特性不是嚴格地呈線性特性，實際特性與要求的線性特性間存在誤差。21 溫度影響直流測速發(fā)電機Ua=f(n)為線性關系的條件之一是勵磁磁通為常數(shù)。實際上，電機周圍環(huán)境溫度的變化以及電機本身發(fā)熱（由電機各種損耗引起）都會引起電機繞組電阻的變化。當溫度升高時，勵磁繞組電阻增大，勵磁電流減小，磁通也隨之減小，輸出電壓就降低。反之，當溫度下降時，輸出電壓就升高。為了減少溫度變化對輸出特性的影響，采取的措施一為將測速發(fā)電機的磁路設計得比較飽和。因為磁路飽和后，勵磁電流變化所引起的磁通的變化較小。措施二為在勵磁回路中串聯(lián)一個阻值比勵磁繞組電阻大幾倍的

5、附加電阻來穩(wěn)流；附加電阻（絲）可以用溫度系數(shù)較低的合金材料制成，如錳鎳銅合金或銅鎳合金。盡管溫度升高將引起勵磁繞組電阻增大，但整個勵磁回路的總電阻增加不多。對于溫度變化所引起的誤差要求比較嚴格的 場合，可采用在勵磁回路中串聯(lián)負溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡，如圖2所示。     22 電樞反應影響    圖2: 勵磁回路中的的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡 電機空載時,只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場。電機負載時，電樞繞組中流過電流也要產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場。所以，負載運行時，電機中的磁場是主磁場和電樞磁場的合成。當勵磁電流流過勵磁繞組時，

6、主磁通便由N極出來，經(jīng)過空氣隙及電樞，進入S極，然后分別從兩邊的磁軛回到N極，形成閉合回路。 在極中心下面主磁通密度最大，靠近極尖處逐漸減小，在極靴范圍以外則減小很快，在幾何中心線上則等于零。而電樞導體的電流方向總是以電刷為其分界線，即電刷兩側(cè)導體中的電流大小相等，方向相反。不論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到哪個位置，電樞導體電流在空間的分布情況始終不變。亦即電樞磁場在空間是固定不動的恒定磁場。主磁場 圖3：直流電機的主磁場和電樞磁場和電樞磁場在電機中的分布如圖3所示。由圖3可以看出，合成磁場的磁通密度在半個極下是加強了，在另外半個極下是削弱了。由于電樞磁場的存在，氣隙中的磁場發(fā)生了畸變。  &

7、#160; 如果電機的磁路不飽和，磁場的合成就可以用疊加原理。但在實際電機中，疊加原理并不完全適用。因為電機的極靴端部和電樞齒部空載時就比較飽和，加上電樞磁通后，N極右半極由于磁通變大，磁路將更加飽和，磁阻變大，合成磁通要小于1/2主磁通與1/2電樞磁通之和。左半極由于磁通變小，磁路飽和程度降低，合成磁通等于1/2主磁通與1/2電樞磁通之差。N極總的磁通有所減小。同理，S極的情況也是如此。由此可知，電樞磁場對主磁場有去磁作用。即使電機勵磁電流不變，其空載時（Ia=0）的磁通o和有載時（Ia0）的合成磁通是不相等的，o。因此，在同一轉(zhuǎn)速下，空載時的感應電勢Eao和有載時的感應電勢Ea也

8、不相等，EaoEa。負載電阻越小或轉(zhuǎn)速越高，電樞電流就越大，電樞反應去磁作用越強，主磁通被削弱得越多，輸出特性偏離直線越遠，線性誤差越大。為了減小電樞反應對輸出特性的影響，在使用時，轉(zhuǎn)速不得超過最大線性工作轉(zhuǎn)速nmax，所接負載不得小于最小負載電阻Rlmin，以保證線性誤差在限定的范圍內(nèi)。2.3 延遲換向去磁影響直流電機中，電樞繞組元件的電流方向以電刷為其分界線。電機旋轉(zhuǎn)，當電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷進入另一條支路時，其電流反向，由+ia變成-ia。在理想換向情況下，當換向元件的兩個有效邊處于幾何中性線位置時，其電流應該為零。但實際上在直流測速發(fā)電機中并非如此。雖然此時元件只切割主磁通產(chǎn)生

9、的電勢為零，但仍然有電勢存在，使電流過零時刻延遲，出現(xiàn)延遲換向去磁。分析如下：由于元件本身有電感，在換向過程中當電流變化時，換向元件中要產(chǎn)生自感電勢el；同時，換向元件在經(jīng)過幾何中性線位置時，由于切割電樞磁場而產(chǎn)生切割電勢ea；根據(jù)楞次定律和右手定則可以確定，el和ea所產(chǎn)生的電流的方向與換向前的電流方向相同，是阻礙換向的。換向元件中有總電勢ek=el+ea，由于總電勢ek的阻礙作用而使換向過程延遲；同時，總電勢ek在換向元件中產(chǎn)生附加電流ik，ik方向與ek方向一致。由ik產(chǎn)生磁通k,其方向與主磁通方向相反，對主磁通有去磁作用。如果不考慮磁通變化，則直流測速發(fā)電機電勢與轉(zhuǎn)速成正比，當負載電阻

10、一定時，電樞電流及繞組元件電流也與轉(zhuǎn)速成正比；換向周期與轉(zhuǎn)速成反比；el正比于單位時間內(nèi)換向元件電流的變化量?；谏鲜龇治觯琫l必正比轉(zhuǎn)速的平方，即eln2。同樣可以證明ean2。因此，換向元件的附加電流及延遲換向去磁磁通與n2成正比，使輸出特性呈現(xiàn)圖4的形狀。為了改善線性度，對于小容 圖4：延遲換向?qū)敵鎏匦缘挠绊懥康臏y速機一般采取限制轉(zhuǎn)速的措施來削弱延遲換向去磁作用，這一點與限制電樞反應去磁作用的措施一致的，即規(guī)定了最高工作轉(zhuǎn)速。2 4 紋波影響根據(jù)Ea=Cen,當、n為定值時,電刷兩端應輸出不隨時間變化的穩(wěn)定的直流電勢。然而，實際的電機并非如此，其輸出電勢總帶有微弱的脈動，通常把這種脈動

11、稱為紋波。紋波主要是由于電機本身的固有結構及加工誤差所引起的。由于電樞槽數(shù)及電樞元件數(shù)有限，在輸出電勢中將引起脈動。紋波電壓的存在對于測速機用于阻尼或速度控制都很不利，實用的測速機在結構和設計上都采取了一定的措施來減小紋波幅值。措施一，增加每條支路中的串聯(lián)元件數(shù)可以減小紋波，但是由于工藝所限，電機槽數(shù)、元件數(shù)及換向片數(shù)不可能無限增加，因此紋波的產(chǎn)生不可避免；措施二，采用無槽電樞工藝（電樞的制造是將敷設在光滑電樞鐵心表面的繞組，用環(huán)氧樹脂固化成型并與鐵心粘結在一起），就可以大大減小因齒槽效應而引起的輸出電壓紋波幅值，與有槽電樞相比，輸出電壓紋波幅值可以減小五倍以上。25 電刷接觸壓降影響Ua=f(n)為線性關系的另一個條件是電樞回路總電阻Ra為恒值。實際上，Ra中包含的電刷與換向器的接觸電阻不是一個常數(shù)。為了考慮此種情