第02章直流測速發(fā)電機

1、第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.1 直流發(fā)電機工作原理和結(jié)構(gòu)直流發(fā)電機工作原理和結(jié)構(gòu) 2.2 直流電勢的關(guān)系式直流電勢的關(guān)系式 2.3 直流測速發(fā)電機及其輸出特性直流測速發(fā)電機及其輸出特性 2.4 直流測速發(fā)電機誤差及其減小的方法直流測速發(fā)電機誤差及其減小的方法 2.5 直流測速發(fā)電機的應(yīng)用直流測速發(fā)電機的應(yīng)用 2.6 直流測速發(fā)電機的性能指標直流測速發(fā)電機的性能指標 2.7 直流測速發(fā)電機的發(fā)展趨勢直流測速發(fā)電機的發(fā)展趨勢 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.1 .1 直流電機的工作原理直流電

2、機的工作原理一、直流發(fā)電機原理（機械能一、直流發(fā)電機原理（機械能-直流電能）直流電能） 定子（不動部件）上的勵磁繞組通過直流電流定子（不動部件）上的勵磁繞組通過直流電流(稱為勵磁稱為勵磁電流電流If)時產(chǎn)生恒定磁場（勵磁磁場，主磁場）；時產(chǎn)生恒定磁場（勵磁磁場，主磁場）； 原動機帶動電樞線圈旋轉(zhuǎn)切割主磁場原動機帶動電樞線圈旋轉(zhuǎn)切割主磁場B,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n(r/min)； 電樞線圈的導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢電樞線圈的導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢e=Blv； 通過換向器與電刷的作用，通過換向器與電刷的作用，可以引出單向（直流）的端電可以引出單向（直流）的端電勢勢eAB。（。（看原理圖看原理圖1)退 出上一頁下一頁

3、返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 退 出第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 從以上分析可以看出，從以上分析可以看出，線圈中的電動勢及電流的方線圈中的電動勢及電流的方向是交變的，只是經(jīng)過向是交變的，只是經(jīng)過電刷和換向片電刷和換向片的整流作用，的整流作用，才使外電路得到方向不變的直流電。直流發(fā)電機才使外電路得到方向不變的直流電。直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。退 出上一頁下一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.1.2 直流電機的主要結(jié)構(gòu)直流電機的主要結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)電機都是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成旋轉(zhuǎn)電機都是由定

4、子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 定子部分定子部分 包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。 1）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了盡）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用11.5mm厚的低碳厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。見鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。見圖圖 主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,退 出上一頁下一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)

5、電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖1.4 主磁極主磁極1-主極鐵心主極鐵心 ；2-極靴；極靴； 3-勵磁繞組；勵磁繞組；4-繞組絕緣；繞組絕緣；5-機座；機座；6-螺桿螺桿圖圖1.5 換向極換向極1-換向極鐵心；換向極鐵心；2-換向極繞組換向極繞組退 出第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。使電樞繞組在此磁場的作用下感

6、應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。注意：注意：勵磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按勵磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按 N，S 極極交替出現(xiàn)。交替出現(xiàn)。 2）換向極：換向極又稱附加極或間極）換向極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改善換其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它是由鐵心和繞組構(gòu)成。向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它是由鐵心和繞組構(gòu)成。見見圖圖 3）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用，因此要求定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用，因此要求機座有好的。機座有好的。

7、退 出上一頁下一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖1.6 電刷裝置電刷裝置1-鋼絲辮；鋼絲辮；2-壓緊彈簧；壓緊彈簧；3-電刷；電刷；4-刷握刷握圖圖1.8 換向器換向器退 出第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 導(dǎo)磁性能及足夠的機械強度與剛度，機座通常用鑄鋼或厚鋼板導(dǎo)磁性能及足夠的機械強度與剛度，機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。焊成。 4）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。 轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子部分：

8、 轉(zhuǎn)子稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等。軸和軸承等。 1）電樞鐵心電樞鐵心：電機主磁路的一部分，用來嵌：電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中退 出上一頁下一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。漆的硅鋼片疊壓而成。 2）電樞繞組電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)

9、接的線圈組成，它是直流電機流過電流和產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機成，它是直流電機流過電流和產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。 3）換向器）換向器見見圖圖：換向器是直流電機的重要部件。在直流：換向器是直流電機的重要部件。在直流電動機中，它將電刷上的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交流電流；電動機中，它將電刷上的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交流電流；在直流發(fā)電中，它將繞組內(nèi)部的交流電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端的在直流發(fā)電中，它將繞組內(nèi)部的交流電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端的直流電動勢。直流電動勢。退 出上一頁下一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直

10、流測速發(fā)電機 直流電機的額定值直流電機的額定值直流電機常見的額定值有：直流電機常見的額定值有：1額定容量額定容量 PN ： （功率）（功率）（kW）2額定電壓額定電壓 UN ： （V）；）；3額定電流額定電流 IN ： （A）;4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN ： （rmin）；）；5額定勵磁電流額定勵磁電流If ： （A）注意：注意：額定容量，對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功額定容量，對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。退 出上一頁下一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 所以，直流發(fā)

11、電機的額定容量為：所以，直流發(fā)電機的額定容量為：而直流電動機的額定功率為：而直流電動機的額定功率為：NNNIUP NNNNIUP退 出上一頁返 回上一頁下一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.2 直流電機的電樞電動勢直流電機的電樞電動勢2.2.1 電樞電動勢電樞電動勢 電樞電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就電樞電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。所以，我們可以所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢，再先求一根導(dǎo)體的在一個極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢

12、，再求一條支路的。求一條支路的。 一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用 表示，極距為表示，極距為 ，電，電樞的軸向有效長度為樞的軸向有效長度為 ，每極磁通為，每極磁通為，則，則avBl退 出下一頁上一頁返 回第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 一根導(dǎo)體的平均電動勢為：一根導(dǎo)體的平均電動勢為：又因為：又因為：所以：所以：lBavlvBeavav602npv602npeav退退 出出上一頁上一頁下一頁下一頁第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 因為一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)因為一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù) （N N 為電樞總導(dǎo)體數(shù)，為電樞總導(dǎo)體數(shù)， ），于是，電

13、樞電動勢為：），于是，電樞電動勢為：式中，式中， ，稱為電動勢常數(shù)。，稱為電動勢常數(shù)。 aN 2/ySNN2nCnapNnpaNeaNEeava6060222apNCe60退 出下一頁上一頁第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.3 直流測速發(fā)電機及其輸出特性直流測速發(fā)電機及其輸出特性 2.3.1 直流測速發(fā)電機的型式直流測速發(fā)電機的型式 按照勵磁方式劃分，按照勵磁方式劃分， 直流測速發(fā)電機有直流測速發(fā)電機有兩種型式。兩種型式。 1. 永磁式永磁式 永磁式直流測速發(fā)電機的定子磁極由永久永磁式直流測速發(fā)電機的定子磁極由永久磁鋼做成，磁鋼做成， 沒有勵磁繞組，沒有勵磁繞組， 以圖以圖 2

14、 - 15 所示所示的符號表示。的符號表示。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2. 電磁式電磁式 電磁式直流測速發(fā)電機的定子勵磁繞組由電磁式直流測速發(fā)電機的定子勵磁繞組由外部電源供電，外部電源供電， 通電時產(chǎn)生磁場，通電時產(chǎn)生磁場， 以圖以圖 2 - 16 所示的符號表示。所示的符號表示。圖圖 2 - 15 永磁式直流測速發(fā)電機永磁式直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 16 電磁式直流測速發(fā)電機電磁式直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 ZYS型永磁式直流測速發(fā)電機 ZYS-A系列永磁式直流測速發(fā)電機 第第2 2章章

15、直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.3.2 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，自動控制系統(tǒng)對其元件的要求， 主要主要是精確度高、是精確度高、 靈敏度高、靈敏度高、 可靠性好等?？煽啃院玫?。 據(jù)據(jù)此，此， 直流測速發(fā)電機在電氣性能方面應(yīng)滿直流測速發(fā)電機在電氣性能方面應(yīng)滿足以下幾項要求：足以下幾項要求：第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 (1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線(稱為輸出特稱為輸出特性性)應(yīng)為線性，應(yīng)為線性， 如圖如圖 2 - 17 所示；所示； (2) 輸出特性的斜率要大；輸出特性的斜率要大；

16、 (3) 溫度變化對輸出特性的影響要小；溫度變化對輸出特性的影響要??； (4) 輸出電壓的紋波要小，輸出電壓的紋波要小， 即要求在一定即要求在一定的轉(zhuǎn)速下輸出電壓要穩(wěn)定，的轉(zhuǎn)速下輸出電壓要穩(wěn)定， 波動要小；波動要??； (5) 正、正、 反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出特性要一致。反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出特性要一致。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 17 測速發(fā)電機的理想輸出特性測速發(fā)電機的理想輸出特性 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.3.3 輸出特性輸出特性在在2.2節(jié)中已經(jīng)推導(dǎo)了直流電勢公式節(jié)中已經(jīng)推導(dǎo)了直流電勢公式: Ea=Cen當每極總磁通當每極總磁通為常數(shù)時，為

17、常數(shù)時， 則則 Ean即輸出電勢與轉(zhuǎn)速成正比。即輸出電勢與轉(zhuǎn)速成正比。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 測速發(fā)電機電刷兩端接上負載電阻測速發(fā)電機電刷兩端接上負載電阻RL后，后， RL兩端的電兩端的電壓才是輸出電壓。壓才是輸出電壓。 由圖由圖 2 - 18 可知，可知， 負載時測速發(fā)負載時測速發(fā)電機的輸出電壓等于感應(yīng)電勢減去它的內(nèi)阻壓降，電機的輸出電壓等于感應(yīng)電勢減去它的內(nèi)阻壓降， 即即 Ua=Ea-IaRa (2 - 12) 此式稱為直流發(fā)電機電壓平衡方程式。此式稱為直流發(fā)電機電壓平衡方程式。 式中，式中， Ra為電樞回路的總電阻，為電樞回路的總電阻， 它包括電樞繞組的電阻、它包

18、括電樞繞組的電阻、 電刷和換向器之間的接觸電阻；電刷和換向器之間的接觸電阻； Ia為電樞總電流，為電樞總電流， 且有且有 LaaRUI (2 - 13) 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 將式將式(2 - 13)代入式代入式(2 - 12)得得 aLaaaRRUEU經(jīng)化簡后為經(jīng)化簡后為 LaeLaaRRCRREU11(2 - 14) 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 式式(2 - 14)是負載時輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。是負載時輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。 如果式中如果式中、 Ra和和RL都能保持為常數(shù)，都能保持為常數(shù)， 則則Ua與與n之間仍呈線性關(guān)系，之間仍呈線性關(guān)系， 只不過

19、是隨著負載電阻的減只不過是隨著負載電阻的減小，小， 輸出特性的斜率變小而已，輸出特性的斜率變小而已， 如圖如圖 2 - 19 所示。所示。 但該圖是理想情況下，但該圖是理想情況下， 即即、 Ra不變，不變， RL為一定為一定時的輸出特性。時的輸出特性。 實際上，實際上， 測速發(fā)電機的輸出特性測速發(fā)電機的輸出特性Ua=f(n)不是不是嚴格地呈線性特性，嚴格地呈線性特性， 實際特性與要求的線性特性實際特性與要求的線性特性間存在誤差。間存在誤差。 下一節(jié)將分析引起誤差的原因和減下一節(jié)將分析引起誤差的原因和減小誤差的方法。小誤差的方法。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 18

20、直流測速發(fā)電機接上負載直流測速發(fā)電機接上負載 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 19 不同負載電阻時的理想輸出特性不同負載電阻時的理想輸出特性 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4 直流測速發(fā)電機的誤差及其減小的方法直流測速發(fā)電機的誤差及其減小的方法 2.4.1 溫度影響溫度影響 得出得出Ua=f(n)為線性關(guān)系的條件之一是勵磁磁為線性關(guān)系的條件之一是勵磁磁通通為常數(shù)。為常數(shù)。 實際上，實際上， 電機周圍環(huán)境溫度的變化電機周圍環(huán)境溫度的變化以及電機本身發(fā)熱以及電機本身發(fā)熱(由電機各種損耗引起由電機各種損耗引起)都會引起都會引起電機繞組電阻的變化。電機繞

21、組電阻的變化。 當溫度升高時，當溫度升高時， 勵磁繞組勵磁繞組電阻增大，電阻增大， 勵磁電流減小，勵磁電流減小， 磁通也隨之減小，磁通也隨之減小， 輸輸出電壓就降低。出電壓就降低。 反之，反之， 當溫度下降時，當溫度下降時， 輸出電壓輸出電壓便升高。便升高。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 對于溫度變化所引起的誤差要求比較嚴格的場合，對于溫度變化所引起的誤差要求比較嚴格的場合， 可在勵磁回路中串聯(lián)負溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可在勵磁回路中串聯(lián)負溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)， 如圖如圖 2 - 20 所示。所示。 選擇并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的方法是：選擇并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的方法是： 作出勵磁繞組電

22、作出勵磁繞組電阻隨溫度變化的曲線阻隨溫度變化的曲線(圖圖 2 - 21中曲線中曲線 1)， 再作并聯(lián)再作并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電阻隨溫度變化的曲線網(wǎng)絡(luò)電阻隨溫度變化的曲線(圖圖 2 - 21中曲線中曲線 2)； 前前者溫度系數(shù)為正，者溫度系數(shù)為正， 后者溫度系數(shù)為負。后者溫度系數(shù)為負。 只要使得這只要使得這兩條曲線的斜率相等，兩條曲線的斜率相等， 勵磁回路的總電阻就不會隨勵磁回路的總電阻就不會隨溫度而變化溫度而變化(圖圖 2 - 21 中曲線中曲線 3)， 因而勵磁電流及勵因而勵磁電流及勵磁磁通也就不會隨溫度而變化。磁磁通也就不會隨溫度而變化。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 20

23、 勵磁回路中的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)勵磁回路中的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 21 電阻隨溫度變化的曲線電阻隨溫度變化的曲線 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.2 電樞反應(yīng)影響電樞反應(yīng)影響 電機空載時，電機空載時， 只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場。場。 電機負載時，電機負載時， 電樞繞組中流過電流也要電樞繞組中流過電流也要產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生磁場， 稱為電樞磁場。稱為電樞磁場。 所以，所以， 負載運行負載運行時，時， 電機中的磁場是主磁場和電樞磁場的合成。電機中的磁場是主磁場和電樞磁場的合成。 圖圖 2 - 22(a)是定

24、子勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場，是定子勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場， 圖圖 2 - 22(b)是電樞繞組產(chǎn)生的電樞磁場，是電樞繞組產(chǎn)生的電樞磁場， 圖圖 2 - 22(c)是主磁場和電樞磁場的合成磁場。是主磁場和電樞磁場的合成磁場。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 22 直流電機磁場直流電機磁場 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 磁場的分布在電機學(xué)中已作了分析，磁場的分布磁場的分布在電機學(xué)中已作了分析，磁場的分布如圖如圖 2 - 22(a)所示。電樞電流所產(chǎn)生的磁場如圖所示。電樞電流所產(chǎn)生的磁場如圖 2 - 22(b)所示。由

25、圖所示。由圖 2 - 22(b)可以看出，可以看出， 在每個主磁極下在每個主磁極下面，面， 電樞磁場的磁通在半個極下由電樞指向磁極，電樞磁場的磁通在半個極下由電樞指向磁極， 在另外半個極下則由磁極指向電樞，在另外半個極下則由磁極指向電樞， 即半個極下電樞即半個極下電樞磁通和主磁通同向，磁通和主磁通同向， 另外半個極下電樞磁通和主磁通另外半個極下電樞磁通和主磁通反向，反向， 因此合成磁場的磁通密度在半個極下是加強了，因此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，在另外半個極下是削弱了， 如圖如圖 2 - 22(c)所示。所示。 由于由于電樞磁場的存在，電樞磁場的存在， 氣隙

26、中的磁場發(fā)生畸變，氣隙中的磁場發(fā)生畸變， 這種現(xiàn)這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。象稱為電樞反應(yīng)。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 如果電機的磁路不飽和如果電機的磁路不飽和(即磁路為線性即磁路為線性)， 磁場的磁場的合成就可以應(yīng)用疊加原理。合成就可以應(yīng)用疊加原理。 例如，例如， N極右半個極下的極右半個極下的合成磁通等于合成磁通等于 1/2 主磁通與主磁通與 1/2 電樞磁通之和，電樞磁通之和， 左半左半個極下的合成磁通等于個極下的合成磁通等于 1/2 主磁通與主磁通與 1/2 電樞磁通之電樞磁通之差。差。 因此，因此， N極左半個極的削弱和右半個極的加強相極左半個極的削弱和右半個極的加強相互

27、抵消，互抵消， 整個極的磁通保持不變，整個極的磁通保持不變， 僅僅磁場的分布僅僅磁場的分布發(fā)生了變化。發(fā)生了變化。 實際上電機的磁路總存在飽和，使右半個極下增實際上電機的磁路總存在飽和，使右半個極下增加的磁通小于左半個極下減小的磁通，因而整個極下加的磁通小于左半個極下減小的磁通，因而整個極下的磁通略為減小。其輸出特性如圖的磁通略為減小。其輸出特性如圖 2 - 26 所示。所示。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 23 直流測速發(fā)電機輸出特性直流測速發(fā)電機輸出特性(圖中圖中R L1R L2) 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.3 延遲換向去磁延遲換向去

28、磁 直流電機中，直流電機中， 電樞繞組元件的電流方向以電刷電樞繞組元件的電流方向以電刷為其分界線。為其分界線。 電機旋轉(zhuǎn)，電機旋轉(zhuǎn)， 當電樞繞組元件從一條支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，路經(jīng)過電刷進入另一條支路時， 其中電流反向，其中電流反向， 由由+ia變成變成-ia。 但是，但是， 在元件經(jīng)過電刷而被電刷短路的在元件經(jīng)過電刷而被電刷短路的過程中，過程中， 它的電流既不是它的電流既不是+ia也不是也不是-ia， 而是處于由而是處于由+ia變到變到-ia的過渡過程。的過渡過程。 這個過程叫元件的換向過程。這個過程叫元件的換向過程。 正在進行換向的元件叫換向元件。正在進行換向

29、的元件叫換向元件。 換向元件從開始換向元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間為換向周期。換向到換向終了所經(jīng)歷的時間為換向周期。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 參看圖參看圖 2 - 24。 從圖從圖 2 - 24(a)到圖到圖 2 - 24(c)， 元件元件 1 從等值電路的左邊支路換接到右邊支路，從等值電路的左邊支路換接到右邊支路， 其中電流從一個方向其中電流從一個方向(+ia)變?yōu)榱硪粋€方向變?yōu)榱硪粋€方向(-ia); 而而在圖在圖 2 - 24(b)所示時刻，所示時刻， 元件元件 1 被電刷短路，被電刷短路， 正正處于換向過程，處于換向過程， 其中電流為其中電流為ik。 1 號元

30、件為換向號元件為換向元件。元件。 從圖從圖 2 - 24(a)到圖到圖2 - 24(c)所經(jīng)歷的時間所經(jīng)歷的時間為一個換向周期。為一個換向周期。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 24 元件的換向過程元件的換向過程 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 在理想換向情況下，在理想換向情況下， 當換向元件的兩個有效邊處當換向元件的兩個有效邊處于幾何中性線位置時，于幾何中性線位置時， 其電流應(yīng)該為零。但實際上在其電流應(yīng)該為零。但實際上在直流測速發(fā)電機中并非如此。直流測速發(fā)電機中并非如此。 雖然此時元件中切割主雖然此時元件中切割主磁通產(chǎn)生的電勢為零，磁通產(chǎn)生的電勢為零，

31、 但仍然有電勢存在，但仍然有電勢存在， 使電流使電流過零時刻延遲，過零時刻延遲， 出現(xiàn)所謂的延遲換向。出現(xiàn)所謂的延遲換向。 分析如下：分析如下：由于元件本身有電感，由于元件本身有電感， 因此在換向過程中當電流變化因此在換向過程中當電流變化時，時， 換向元件中要產(chǎn)生自感電勢換向元件中要產(chǎn)生自感電勢:dtdiLeL 式中，式中， L為換向元件的電感；為換向元件的電感； i 為換向元件的電流。為換向元件的電流。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 根據(jù)楞次定律，根據(jù)楞次定律， eL的方向?qū)⒘D阻止換向元的方向?qū)⒘D阻止換向元件中的電流改變方向，件中的電流改變方向， 即力圖維持換向元件換向即

32、力圖維持換向元件換向前的電流方向，前的電流方向， 所以所以eL的方向應(yīng)與換向前的電流的方向應(yīng)與換向前的電流方向相同，方向相同， 是阻礙換向的。是阻礙換向的。 同時，同時， 換向元件在經(jīng)過幾何中性線位置時，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)生切割電勢由于切割電樞磁場而產(chǎn)生切割電勢ea, 根據(jù)右手定根據(jù)右手定則可以確定則可以確定, ea所產(chǎn)生的電流的方向也與換向前的所產(chǎn)生的電流的方向也與換向前的電流方向相同，電流方向相同， 也是阻礙換向的。也是阻礙換向的。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 因此，因此， 換向元件中有總電勢換向元件中有總電勢ek=eL+ea。 顯然，顯

33、然， 由于總電勢由于總電勢ek的阻礙作用而使換向過程延遲，的阻礙作用而使換向過程延遲， 即換向元件中的電流由即換向元件中的電流由+ia變?yōu)樽優(yōu)?ia的時間延遲了。的時間延遲了。 換向元件被電刷短路，換向元件被電刷短路， 于是總電勢于是總電勢ek在換在換向元件中產(chǎn)生附加電流向元件中產(chǎn)生附加電流ik, ik方向與方向與ek方向一致。方向一致。 由由ik產(chǎn)生磁通產(chǎn)生磁通k， 其方向與主磁通方向相反，其方向與主磁通方向相反， 如圖如圖 2 - 25 所示，所示， 對主磁通有去磁作用。對主磁通有去磁作用。 這樣這樣的去磁作用叫延遲換向去磁。的去磁作用叫延遲換向去磁。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測

34、速發(fā)電機 圖圖 2 - 25 換向元件中的電勢換向元件中的電勢 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 26 延遲換向?qū)敵鎏匦缘挠绊懷舆t換向?qū)敵鎏匦缘挠绊?第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 如果不考慮磁通變化，如果不考慮磁通變化， 則直流測速發(fā)電機電勢與則直流測速發(fā)電機電勢與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速成正比， 當負載電阻一定時，當負載電阻一定時， 電樞電流及繞組元電樞電流及繞組元件電流也與轉(zhuǎn)速成正比；件電流也與轉(zhuǎn)速成正比； 另外，另外， 換向周期與轉(zhuǎn)速成反換向周期與轉(zhuǎn)速成反比，比， 電機轉(zhuǎn)速越高，電機轉(zhuǎn)速越高， 元件的換向周期越短；元件的換向周期越短； eL正比正比于

35、單位時間內(nèi)換向元件電流的變化量。于單位時間內(nèi)換向元件電流的變化量。 基于上述分析，基于上述分析， e必正比轉(zhuǎn)速的平方，必正比轉(zhuǎn)速的平方， 即即eLn2。 同樣可以證明同樣可以證明ean2。 因此，因此， 換向元件的附加電流及延遲換向去磁換向元件的附加電流及延遲換向去磁磁通與磁通與n2成正比，成正比， 使輸出特性呈現(xiàn)圖使輸出特性呈現(xiàn)圖 2 - 26 所示的形所示的形狀。狀。 所以，所以， 直流測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速上限要受到延遲換直流測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速上限要受到延遲換向去磁效應(yīng)的限制。向去磁效應(yīng)的限制。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.4 紋波紋波 根據(jù)根據(jù)Ea=Cen, 當當、 n

36、為定值時，為定值時， 電刷電刷兩端應(yīng)輸出不隨時間變化的穩(wěn)定的直流電勢。兩端應(yīng)輸出不隨時間變化的穩(wěn)定的直流電勢。 然而，然而， 實際的電機并非如此，實際的電機并非如此， 其輸出電勢總其輸出電勢總是帶有微弱的脈動，是帶有微弱的脈動， 通常把這種脈動稱為紋波。通常把這種脈動稱為紋波。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 紋波主要是由于電機本身的固有結(jié)構(gòu)及加工紋波主要是由于電機本身的固有結(jié)構(gòu)及加工誤差所引起的。誤差所引起的。 在第一節(jié)中我們已經(jīng)看到，在第一節(jié)中我們已經(jīng)看到， 由于由于電樞槽數(shù)及電樞元件數(shù)有限，電樞槽數(shù)及電樞元件數(shù)有限， 在輸出電勢中將引在輸出電勢中將引起脈動。起脈動。 當然，

37、當然， 增加每條支路中的串聯(lián)元件數(shù)可增加每條支路中的串聯(lián)元件數(shù)可以減小紋波。以減小紋波。 但是由于工藝所限，但是由于工藝所限， 電機槽數(shù)、電機槽數(shù)、 元件數(shù)及換向片數(shù)不可能無限增加，元件數(shù)及換向片數(shù)不可能無限增加， 因此產(chǎn)生紋因此產(chǎn)生紋波是不可避免的。波是不可避免的。 同時，同時， 由于電樞鐵心有齒有槽，由于電樞鐵心有齒有槽， 以及電樞鐵心的橢圓度、以及電樞鐵心的橢圓度、 偏心等等，偏心等等， 也會使輸出也會使輸出電勢中紋波幅值上升。電勢中紋波幅值上升。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 紋波電壓的存在對于測速機用于阻尼或速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，度控制都

38、很不利， 實用的測速機在結(jié)構(gòu)和設(shè)計實用的測速機在結(jié)構(gòu)和設(shè)計上都采取了一定的措施來減小紋波幅值。上都采取了一定的措施來減小紋波幅值。 例如，例如， 無槽電樞直流電機可以大大減小因齒槽效應(yīng)而無槽電樞直流電機可以大大減小因齒槽效應(yīng)而引起的輸出電壓紋波幅值，引起的輸出電壓紋波幅值， 與有槽電樞相比，與有槽電樞相比， 輸出電壓紋波幅值可以減小五倍以上。輸出電壓紋波幅值可以減小五倍以上。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.4.5 電刷接觸壓降電刷接觸壓降 Ua=f(n)為線性關(guān)系的另一個條件是電樞回路總電為線性關(guān)系的另一個條件是電樞回路總電阻阻Ra為恒值。為恒值。 實際上，實際上， Ra中包

39、含的電刷與換向器的中包含的電刷與換向器的接觸電阻不是一個常數(shù)。接觸電阻不是一個常數(shù)。 為了考慮此種情況對輸出為了考慮此種情況對輸出特性的影響特性的影響 ， 我們把電壓方程式我們把電壓方程式Ua=Ea-IaRa改寫為改寫為Ua=Ea-IaRw-Ub。 其中其中Rw為電樞繞組電阻；為電樞繞組電阻； Ub為為電刷接觸壓降。電刷接觸壓降。 這樣，這樣， 式式(2 - 14)也可改寫為也可改寫為LWbeaRRUnCU1(2 - 15) 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 電刷接觸壓降電刷接觸壓降Ub與下述因素有密切關(guān)系與下述因素有密切關(guān)系: 電刷和換向器的材料；電刷和換向器的材料； 電刷的電流

40、密度；電刷的電流密度； 電流的方向；電流的方向； 電刷單位面積上的壓力；電刷單位面積上的壓力； 接觸表面的溫度；接觸表面的溫度； 換向器圓周線速度；換向器圓周線速度； 換向器表面的化學(xué)狀態(tài)和機械方面的因素，換向器表面的化學(xué)狀態(tài)和機械方面的因素， 等等。等等。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 換向器圓周線速度對換向器圓周線速度對Ub影響較小，影響較小， 在小于允在小于允許的最大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，許的最大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 可認為速度不會引起可認為速度不會引起Ub的變化。的變化。 但是隨著轉(zhuǎn)速的升高，但是隨著轉(zhuǎn)速的升高， 電樞電流電樞電流Ia增大，增大， 電刷電流密度增加。電刷電流密度增加。 當電

41、刷電流密度較小時，當電刷電流密度較小時， 隨隨著電流密度的增加，著電流密度的增加， Ub也相應(yīng)地增大。也相應(yīng)地增大。 當電流當電流密度達到一定數(shù)值后，密度達到一定數(shù)值后， Ub幾乎等于常數(shù)。幾乎等于常數(shù)。 一般一般情況下，情況下， 電流自換向器流向電刷時電刷壓降較大，電流自換向器流向電刷時電刷壓降較大， 因此，因此， 通常直流機的接觸壓降通常直流機的接觸壓降Ub是指正負電刷是指正負電刷下的總壓降。下的總壓降。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 27 考慮電刷接觸壓降后的輸出特性考慮電刷接觸壓降后的輸出特性 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 根據(jù)式根據(jù)式(2

42、- 15)以及上述以及上述Ub和電流密度的關(guān)系，和電流密度的關(guān)系， 就可以得出考慮電刷接觸壓降后直流測速發(fā)電機就可以得出考慮電刷接觸壓降后直流測速發(fā)電機的輸出特性，的輸出特性， 如圖如圖 2 - 27 所示。所示。 由圖由圖 2 - 27 可見，可見， 在轉(zhuǎn)速較低時，在轉(zhuǎn)速較低時， 輸出特輸出特性上有一段斜率顯著下降的區(qū)域。性上有一段斜率顯著下降的區(qū)域。 此區(qū)域內(nèi)，此區(qū)域內(nèi)， 測測速機雖有輸入信號速機雖有輸入信號(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速)， 但輸出電壓很小，但輸出電壓很小， 對對轉(zhuǎn)速的反應(yīng)很不靈敏，轉(zhuǎn)速的反應(yīng)很不靈敏， 所以此區(qū)域叫不靈敏區(qū)。所以此區(qū)域叫不靈敏區(qū)。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機

43、 為了減小電刷接觸壓降的影響，為了減小電刷接觸壓降的影響， 縮小不靈敏區(qū)，縮小不靈敏區(qū)， 在直流測速發(fā)電機中，在直流測速發(fā)電機中， 常常采用接觸壓降較小的銀常常采用接觸壓降較小的銀石墨電刷。石墨電刷。 在高精度的直流測速發(fā)電機中還采用銅電在高精度的直流測速發(fā)電機中還采用銅電刷，刷， 并在它與換向器接觸的表面上鍍上銀層，并在它與換向器接觸的表面上鍍上銀層， 使換向使換向器不易磨損。器不易磨損。 如上所述，如上所述， 電刷和換向器的接觸情況還與化學(xué)、電刷和換向器的接觸情況還與化學(xué)、 機械等因素有關(guān)，機械等因素有關(guān)， 它們引起電刷與換向器滑動接觸的它們引起電刷與換向器滑動接觸的不穩(wěn)定性，不穩(wěn)定性，

44、以致使電樞電流含有高頻尖脈沖。以致使電樞電流含有高頻尖脈沖。 為了減為了減少這種無線電頻率的噪聲對鄰近設(shè)備和通訊電纜的干少這種無線電頻率的噪聲對鄰近設(shè)備和通訊電纜的干擾，擾， 常常在測速機的輸出端連接濾波電路。常常在測速機的輸出端連接濾波電路。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.5 直流測速發(fā)電機的應(yīng)用直流測速發(fā)電機的應(yīng)用 測速發(fā)電機在自動控制系統(tǒng)中作為測量或自測速發(fā)電機在自動控制系統(tǒng)中作為測量或自動調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速之用；動調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速之用； 在隨動系統(tǒng)中用來產(chǎn)生在隨動系統(tǒng)中用來產(chǎn)生電壓信號以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度；電壓信號以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度； 在計算解在計算解答裝置中作為

45、微分和積分元件。答裝置中作為微分和積分元件。 它還可以測量各它還可以測量各種機械在有限范圍內(nèi)的擺動或非常緩慢的轉(zhuǎn)速，種機械在有限范圍內(nèi)的擺動或非常緩慢的轉(zhuǎn)速， 并可代替測速計直接測量轉(zhuǎn)速。并可代替測速計直接測量轉(zhuǎn)速。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 測速發(fā)電機有交、測速發(fā)電機有交、 直流兩大類。直流兩大類。 由于直流測速由于直流測速機有電刷、機有電刷、 換向器接觸裝置，換向器接觸裝置， 使它的可靠性變差，使它的可靠性變差， 精度也受到影響，精度也受到影響， 因此在系統(tǒng)中使用交流異步測速因此在系統(tǒng)中使用交流異步測速機較為廣泛機較為廣泛(將在第將在第8章詳述章詳述)。 但是，但是， 與

46、交流異步與交流異步測速機相比，測速機相比， 直流測速機具有輸出電壓斜率大，直流測速機具有輸出電壓斜率大， 沒沒有剩余電壓有剩余電壓(即轉(zhuǎn)速為零時沒有輸出電壓即轉(zhuǎn)速為零時沒有輸出電壓)， 沒有相沒有相位誤差位誤差(勵磁和輸出電壓之間沒有相位移勵磁和輸出電壓之間沒有相位移)， 溫度補溫度補償容易實現(xiàn)等優(yōu)點，償容易實現(xiàn)等優(yōu)點， 所以在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用所以在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還是很廣泛的。還是很廣泛的。 下面舉例說明它在兩個方面的用途。下面舉例說明它在兩個方面的用途。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.5.1 作為系統(tǒng)的阻尼元件作為系統(tǒng)的阻尼元件 在圖在圖 1 - 1 所示的雷達天

47、線自動控制系統(tǒng)中，所示的雷達天線自動控制系統(tǒng)中， 直流伺服電動機的輸出軸上耦合一臺直流測速發(fā)直流伺服電動機的輸出軸上耦合一臺直流測速發(fā)電機。電機。 它輸出一個與轉(zhuǎn)速成正比的直流電它輸出一個與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓壓 ， 并負反饋到放大器的輸入端，并負反饋到放大器的輸入端， 所所以放大器的輸入電壓為以放大器的輸入電壓為dtdk2dtdkk21)(第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 測速發(fā)電機在該系統(tǒng)中所起的阻尼作用可以簡要測速發(fā)電機在該系統(tǒng)中所起的阻尼作用可以簡要地解釋如下：地解釋如下： 假定暫不接測速發(fā)電機，假定暫不接測速發(fā)電機， 并且當并且當時，時， 直流伺直流伺服電動機在正比于服電

48、動機在正比于k1(-)的信號電壓作用下轉(zhuǎn)動，的信號電壓作用下轉(zhuǎn)動， 使使角增加，角增加， -值減小。值減小。 當當=時，時， 雖然誤差信號電壓雖然誤差信號電壓k1(-)=0， 但是由于電動機及負載具有轉(zhuǎn)動慣量，但是由于電動機及負載具有轉(zhuǎn)動慣量， 電動機在電動機在-=0 的位置時其轉(zhuǎn)速并不為零，的位置時其轉(zhuǎn)速并不為零， 而繼續(xù)向而繼續(xù)向角增加的方向轉(zhuǎn)動，角增加的方向轉(zhuǎn)動， 使使。 此時，此時， 由于由于， 誤誤差信號電壓極性變反。差信號電壓極性變反。 在此電壓的作用下，在此電壓的作用下， 電動機電動機由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 這樣，這樣， 由

49、于電動機及其負載的慣性，由于電動機及其負載的慣性， 反轉(zhuǎn)又沖過了頭，反轉(zhuǎn)又沖過了頭， 這樣系統(tǒng)就會產(chǎn)生振蕩。這樣系統(tǒng)就會產(chǎn)生振蕩。 如果接上測速發(fā)電機，如果接上測速發(fā)電機， 則當則當=時，時， 由于由于 ， 故信號電壓為故信號電壓為 ，此，此電壓與原來的電壓與原來的(指指時時)誤差信號電壓極性相反，誤差信號電壓極性相反， 因此因此伺服電動機在伺服電動機在=時就得到與時就得到與d/dt成正比、成正比、 極性與原極性與原來的信號電壓相反的電壓，來的信號電壓相反的電壓， 此電壓使電動機制動此電壓使電動機制動(關(guān)于關(guān)于電動機加反向電壓制動將在電動機加反向電壓制動將在 3.7 節(jié)中敘述節(jié)中敘述)， 因而

50、電動因而電動機就很快地停留在機就很快地停留在=的位置。的位置。 可見，可見， 由于系統(tǒng)中加由于系統(tǒng)中加入了測速發(fā)電機，入了測速發(fā)電機， 就使得由電動機及其負載慣量所造就使得由電動機及其負載慣量所造成的振蕩得到了阻尼，成的振蕩得到了阻尼， 從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。0dtd02dtdk第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.5.2 對旋轉(zhuǎn)機械作恒速控制對旋轉(zhuǎn)機械作恒速控制 圖圖 2 - 28 為恒速控制系統(tǒng)的原理圖。為恒速控制系統(tǒng)的原理圖。 負載是一負載是一個旋轉(zhuǎn)機械。個旋轉(zhuǎn)機械。 當直流伺服電動機的負載阻力矩變化當直流伺服電動機的負載阻力矩變化時，時， 電動

51、機的轉(zhuǎn)速也隨之改變。電動機的轉(zhuǎn)速也隨之改變。 為了使旋轉(zhuǎn)機械在為了使旋轉(zhuǎn)機械在給定電壓不變時保持恒速，給定電壓不變時保持恒速， 在電動機的輸出軸上耦在電動機的輸出軸上耦合一測速發(fā)電機，合一測速發(fā)電機， 并將其輸出電壓與給定電壓相減并將其輸出電壓與給定電壓相減后加入放大器，后加入放大器， 經(jīng)放大后供給直流伺服電動機。經(jīng)放大后供給直流伺服電動機。 當當負載阻力矩由于某種偶然的因素減小，負載阻力矩由于某種偶然的因素減小， 電動機的轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)速便上升，速便上升， 此時測速發(fā)電機的輸出電壓增大，此時測速發(fā)電機的輸出電壓增大， 給定給定電壓與輸出電壓的差值變小，電壓與輸出電壓的差值變小， 經(jīng)放大后加到直

52、流電經(jīng)放大后加到直流電動機的電壓減小，動機的電壓減小， 電動機減速；電動機減速； 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 反之，反之， 若負載阻力矩偶然變大，若負載阻力矩偶然變大， 則電動機轉(zhuǎn)速則電動機轉(zhuǎn)速下降，下降， 測速機輸出電壓減小，測速機輸出電壓減小， 給定電壓和輸出電給定電壓和輸出電壓的差值變大，壓的差值變大， 經(jīng)放大后加給電動機的電壓變大，經(jīng)放大后加給電動機的電壓變大， 電動機加速。電動機加速。 這樣，這樣， 盡管負載阻力矩發(fā)生擾動，盡管負載阻力矩發(fā)生擾動， 但由于該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，但由于該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用， 使旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速變使旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速變化很小，化很小， 近似于恒速。近

53、似于恒速。 給定電壓取自恒壓電源，給定電壓取自恒壓電源， 改變給定電壓便能達到所希望的轉(zhuǎn)速。改變給定電壓便能達到所希望的轉(zhuǎn)速。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 圖圖 2 - 28 恒速控制系統(tǒng)原理圖恒速控制系統(tǒng)原理圖 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.6 直流測速發(fā)電機的性能指標直流測速發(fā)電機的性能指標 直流測速發(fā)電機的主要性能指標列在直流測速發(fā)電機的主要性能指標列在表表 2 - 1 中。中。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 表表 2 - 1 直流測速發(fā)電機主要性能指標直流測速發(fā)電機主要性能指標 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2

54、章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.7 直流測速發(fā)電機的發(fā)展趨勢直流測速發(fā)電機的發(fā)展趨勢 2.7.1 發(fā)展高靈敏度測速發(fā)電機發(fā)展高靈敏度測速發(fā)電機 近年來國外較重視發(fā)展永磁式高靈敏度直流近年來國外較重視發(fā)展永磁式高靈敏度直流測速發(fā)電機。測速發(fā)電機。 這種電機直徑大，這種電機直徑大， 軸向尺寸小，電軸向尺寸小，電樞元件數(shù)多，樞元件數(shù)多， 刷間的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多，刷間的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多， 因而輸出電因而輸出電壓斜率大，壓斜率大， 其靈敏度比普通測速機高其靈敏度比普通測速機高1 000 倍。倍。 這種電機的換向器是用塑料或絕緣材料制成薄板這種電機的換向器是用

55、塑料或絕緣材料制成薄板基體，基體， 并在板面上印制換向片而構(gòu)成的，并在板面上印制換向片而構(gòu)成的， 因此換因此換向片數(shù)很多；向片數(shù)很多； 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 并且換向器固定在轉(zhuǎn)軸的端面上，并且換向器固定在轉(zhuǎn)軸的端面上， 故稱為印制電故稱為印制電路端面換向器。路端面換向器。 由于這種電機的電樞元件數(shù)及換由于這種電機的電樞元件數(shù)及換向片數(shù)比普通直流機多得多，向片數(shù)比普通直流機多得多， 因而紋波電壓可以因而紋波電壓可以大大降低。大大降低。 例如美國例如美國Inland公司直徑為公司直徑為 250 mm的產(chǎn)品，的產(chǎn)品， 其速比范圍為其速比范圍為 1 3 000, 最低轉(zhuǎn)速可低最

56、低轉(zhuǎn)速可低于于 1 轉(zhuǎn)每天，轉(zhuǎn)每天， 紋波系數(shù)小于紋波系數(shù)小于 0.1%， 線性誤差低線性誤差低于于 0.1%， 靈敏度靈敏度(即電壓斜率即電壓斜率)為為 10 V/(r/min)， 每天每天 1 轉(zhuǎn)時的輸出信號電壓約轉(zhuǎn)時的輸出信號電壓約 7 mV。 國內(nèi)已有高靈敏度測速發(fā)電機系列產(chǎn)品，國內(nèi)已有高靈敏度測速發(fā)電機系列產(chǎn)品， 其其技術(shù)數(shù)據(jù)見表技術(shù)數(shù)據(jù)見表 2 - 2。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 表表 2 - 2 CYD系列直流高靈敏度測速發(fā)電機系列直流高靈敏度測速發(fā)電機 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 2.7.2 改進電刷與換向器的接觸裝置，改進電刷與換向器的接

57、觸裝置， 發(fā)展無刷直發(fā)展無刷直流測速發(fā)電機流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機由于存在電刷和換向器，直流測速發(fā)電機由于存在電刷和換向器， 因因而帶來一系列缺點：而帶來一系列缺點： (1) 電刷和換向器的存在使電機結(jié)構(gòu)比較復(fù)電刷和換向器的存在使電機結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，雜， 維護比較困難，維護比較困難， 可靠性較差，可靠性較差， 并使應(yīng)用環(huán)并使應(yīng)用環(huán)境受到限制。境受到限制。 例如在高空、例如在高空、 高真空中換向困難，高真空中換向困難， 在高溫環(huán)境中容易起火等。在高溫環(huán)境中容易起火等。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 (2) 電刷與換向器的摩擦所引起的摩擦轉(zhuǎn)矩，電刷與換向器的摩擦所引起的摩擦轉(zhuǎn)矩， 增加了伺服電動機的粘滯轉(zhuǎn)矩。增加了伺服電動機的粘滯轉(zhuǎn)矩。 (3) 電刷與換向器的間斷接觸引起射頻噪音。電刷與換向器的間斷接觸引起射頻噪音。 (4) 電刷與換向器接觸壓降的變化，電刷與換向器接觸壓降的變化， 引起輸引起輸出電壓不穩(wěn)定，出電壓不穩(wěn)定， 等等。等等。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 目前，目前， 有關(guān)人員正努力從換向器、有關(guān)人員正努力從換向器、 電刷的接電刷的接觸結(jié)