《电机应用技术任务驱动式教程教学课件作者张文红4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机应用技术任务驱动式教程教学课件作者张文红4（206页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学习情境4 控制电机的运行与维护,任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护 任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护 任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护 任务4 步进电动机的基本特性与运行维护 任务5 力矩式自整角机的基本特性与运行维护 任务6 控制式自整角机的基本特性与运行维护,任务1 交流测速发电机的 基本特性与运行维护,4. 1 测速发电机 测速发电机是一种检测转速的信号元件，它将输入的机械转速变换成电压信号输出，这就要求发电机的输出电压与转速成正比关系，其输出电压可用式( 4. 1)表示 U=Kn (4.1) 式中 K比例常数。 由式(4. 1)可知，测速发电机的输出电压正
2、比于转子的转速或者转角对时间的微分，因此在计算装置中一也可以把它作为微分或积分元件。在自动控制系统和计算装置中，测速发电机主要用做测速元件、阻尼元件(或校正元件)、解算元件和角加速信号元件。,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,自动控制系统对测速发电机的要求是:测速发电机的输出电压与转速保持严格的线性关系，且不随外界条件(如温度等)的改变而发生变化;电机的转动惯量要小，以保证反应迅速;电机的灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应灵敏，一也就是要求测速发电机的输出特性斜率要大。测速发电机有直流测速发电机和交流测速发电机两大类。其中直流测速发电机又分为永磁式和电
3、磁式两种，国产型号分别为CY和CD;交流测速发电机又分为同步和异步两种，国产型号分别为CG(感应子式)、CK(空心杯转子)、CL(笼型转子)。近年来还出现了采用新原理、新结构研制成的霍尔效应测速发电机。下面仅就常用的直流测速发电机和交流异步测速发电机作简要介绍。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,4.1.1直流测速发电机 1.工作原理 直流测速发电机的结构和普通小型直流发电机相同，按励磁方式可分为他励式和永磁式两种。 直流测速发电机的工作原理和一般直流发电机没有区别，其原理如图4.1.1所示。 在恒定磁场中，电枢以转速n旋转时，电枢上的导体切割空载主磁通0，于
4、是就在电刷间产生空载感应电动势E0，且 (4.2) 式中D极对数; N电枢绕组总导体数; a电枢绕组的并联支路对数。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,在空载时，即电枢电流Ia =0.,，直流测速发电机的输出电压就是空载感应电动势，即U0 = E0，因而输出电压与转速成正比。有负载时，因电枢电流Ia0若不计电枢反应的影响，直流测速发电机的输出电压应为 (4.3) 式中 Ra电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组电阻和电刷接触电阻。 有负载时电枢电流为 (4.4) 式中 Rz测速发电机负载电阻。 将上面的3个公式联立求解，并整理可得 (4.5) 在理想情况下， Ra、
5、 Rz和0均为常数，直流测速发电机的输出电压U与转速n仍呈线性关系。对于不同的负载电阻，测速发电机输出特性的斜率一也有所不同，它随负载电阻的减小而降低，如图4. 1. 2所示。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,2.主要误差 直流测速发电机输出电压U与转速n呈线性关系的条件是0 、 Ra 、 Rz保持不变。实际上，直流测速发电机在运行时，以下一些因素会引起这些量发生变化: (1)周围环境温度的变化，特别是励磁绕组长期通电发热而引起的励磁绕组电阻的变化将引起励磁电流及磁通0的变化，从而造成线性误差。 (2)直流测速发电机有负载时电枢反应的去磁作用使测速发电机气隙
6、磁通减小，引起线性误差。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,(3)因为电枢电路总电阻中包括电刷与换向器的接触电阻，而这种接触电阻是随负载电流变化而变化的，当发电机转速较低时，相应的电枢电流较小，而接触电阻较大，这时测速发电机虽然有输入信号(转速)，但输出电压却很小，所以在输出特性上容易引起线性误差。 为了减小由温度变化而引起的磁通变化，一方面，在实际使用时可在励磁回路中串联一个电阻值较大的附加电阻。附加电阻可用温度系数较低的康铜材料绕制而成。这样，当励磁绕组温度升高时，它的电阻值虽有增加，但励磁回路的总电阻值却变化甚微。另一方面，设计时可使发电机磁路处于较饱和
7、状态，这样，即使由电阻值变化引起的励磁电流变化可能较大，发电机的气隙磁通变化也非常小。为了减小电枢反应的去磁作用，在设计时可在定子磁极上安装补偿绕组，并选取较小的线负荷及适当加大发电机气隙，在使用时尽可能采用大的负载电阻并选用适当的电刷，以减小电刷接触压降。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,4.1.2令流异步测速发电机 1.工作原理 在自动控制系统中，目前应用的交流测速发电机主要是空心杯形转子异步测速发电机，其结构和杯形转子伺服电动机相似，转子是一个薄壁非磁性杯(杯厚为0. 20. 3 mm，通常用高电阻率的硅锰青铜或铝锌青铜制成。定子的两相绕组在空间位置上
8、严格保持900电角度，其中一相作为励磁绕组，外施稳频稳压的交流电源励磁;另一相作为输出绕组，其两端的电压即为测速发电机的输出电压U2，如图4. 1. 3所示。 当电机的励磁绕组外施电压U1时，便有电流I1流过绕组，在电机气隙中沿励磁绕组轴线(d轴)产生一频率为f的脉动磁通1。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,转子不动时，d轴的脉振磁通只能在空心杯转子中感应出变压器电动势，由于转子是闭合的，这一变压器电动势将产生转子电流，此电流所产生的磁通与励磁绕组产生的磁通在同一轴线上，阻碍1的变化，所以合成磁通仍为沿d轴的磁通d。而输出绕组的轴线和励磁绕组轴线空间位置相差
9、900电角度，它与d轴磁通没有藕合关系，故不产生感应电动势，输出电压为零。转子转动后，转子绕组中除了感应有变压器电动势外，同时因转子导体切割磁通d ，而在转子绕组中感应一旋转电动势Era，其有效值为 (4.6) 式中C比例常数。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,由于d按频率f交变，所以Era也按频率f交变。在Era的作用下，转子将产生电流Ira。由Ira所产生的磁通a也是交变的， a的大小与Ira也就是与Era的大小成正比，即 (4.7) 式中K一比例常数。 a的轴线与输出绕组轴线(轴)重合，由于a作用在轴，因而在定子的输出绕组中感应出变压器电动势，其频率仍
10、为f，而有效值为 (4.8) 式中N2Kw2输出绕组的有效匝数，对特定的电机，其值为常数。 考虑到 ，而 ，故输出电动势E2可写成 (4.9) 式中C1比例常数。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,通过此式可看出，输出绕组中所感应产生的电动势E2与转速n成正比，由这个电动势产生输出电压U2。若转子转动方向相反，则转子中的旋转电动势Era ,电流Ira及其所产生的磁通a的相位均随之相反，因而输出电压的相位一也相反。这样，异步测速发电机就能将转速信号转变成电压信号输出，实现测速的目的。 2.主要误差 自动控制系统对异步测速发电机的要求是: (1)输出电压与转速成严
11、格的线性关系。 (2)输出电压与励磁电压(即电源电压)同相。 (3)车令速为零时，没有输出电压，即所谓剩余电压为零。 实际上，测速发电机的定子绕组和转子杯的参数都会在不同程度上受温度变化、工艺等方面的影响，在输出线性度、相位、剩余电压等方面产生误差。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,任务实施 一、实验内容 (1)测定交流测速发电机的剩余电压。 (2)测定交流测速发电机带纯电阻负载时的输出特性n=f ( U2)。 (3)测定交流测速发电机带纯电容负载时的输出特性n=f ( U2)。二、实验方法 1.实验设备(表1) 2.控制屏上挂件顺序 D32、D51、D42
12、、D46。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,3.测空载时的偷出特性和n =0时的剩余电压 按图1接线，其中R1及Rf1分别选用D42上900的电阻，ZL是纯电阻负载时，选用D42上900和900串联共1 800 阻值并用万用表调至相应阻伯即可，当为容性负载时选用D46上的电容组合。开关S选D51上的开关，电压表v1、v2选用D32的交流表。 打开开关S, TG的励磁绕组经调压器接交流电源，调节调压器保持输出U1 = U1N= 110 V，原动机DJ15启动前，交流测速发电机TG转子不旋转，即n =0时，这时测定输出电压U2为一个很小数值U2=Ur，此值即为剩
13、余电压。一也可用示波器观察剩余电压波形。当交流测速发电机转子位置在一周内变化时，剩余电压最大值与最小值之差即为乘日余电压的波动值。在测定剩余电压时，输出绕组为开路。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,调节电枢电源电压至220 V ,将R1调至最小，调节Rf1使转速为2 100 r/min左右，调节Rf1, R1及电枢电源电压使每降300 r/min时记录对应的输出电压，直至转速为零。将数据填入表2中。 4.带负载时的偷出特性n =f ( U2) 1)带纯电阻负载 开关S闭合，测量和调速步骤与3相同。保持U1 = U1N= 110 V ，当ZL=R = 1 50
14、0 时，测量各转速下对应的输出电压U2，共测取56组数据，记录于表3中。 保持U1 = U1N ，当ZL = R = 750 时，测量各转速下对应的输出电压U2 ，共测取56组数据，记录于表4中。 保持U1 = U1N ，当ZL = R = 300 时，测量各转速下对应的输出电压U2 ，共测取56组数据，记录于表5中。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,2)带纯电容负载 带电容负载时，电容选用D46挂件上的电容。A, X; B, Y并联，调节K1、K2的通断及旋钮的位置即可得到相应的电容值。其两端的电容值是D46所选电容值的两倍，即只要选择0. 5 F, 1
15、F, 1. 5 F即可。 注意当转速n =0时，开关S应当断开。 保持U1 = U1N ，当ZL为C= 1F时，测量各转速下对应的输出电压U2 ，共测取56组数据，记录于表6中。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,保持U1 = U1N ，当ZL为C= 2F时，测n =f ( U2)，共测取56组数据，记录于表7中。 保持U1 = U1N ，当ZL为C= 3F时，测n =f ( U2) ，共测取56组数据，记录于表8中。 交流测速发电机线性误差的测定 交流测速发电机线性误差是指电机在额定频率、额定激磁电压下，电机在最大线性工作转速范围内，以补偿点转速时的输出电压
16、为基准电压，输出电压之差对最大理想输出电压之比测定线性误差时，电机应安装在规定的温升实验散热板上，在额定励磁条件下，将其输出绕组开路。使电机驱动至补偿点转速nCD，待电机及数字电压表稳定后，在最大线性工作转速范围内，用数字电压表分别测量正、负转向56个转速点的输出电压，测得线性输出特性U2 =f() 。,上一页,下一页,返回,任务1 交流测速发电机的基本 特性与运行维护,为交流测速发电机的相对速度，即 式中 n实际转速，r/min ; nc同步转速，r/min; 实际输出特性与线性输出特性的最大偏差，V。 为了便于衡量实际输出特性的线性度，一般取实际输出特性的最大相对转速max的 这一点与坐标原点的连线来作为线性输出特性。 线性误差 u按式(4. 10)计算 (4.
