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1、第五章 测速发电机,测速元件主要指测速发电机,测速发电机,直流测速发电机,交流测速发电机,输出直流电信号,输出交流电信号,直流测速发电机,电磁式直流测速发电机,永磁式直流测速发电机,交流测速发电机,5.1直流测速发电机,直流测速发电机是一种把机械转速变换成电压信号的测量元件，实际上从原理上看，它就是一台微型的直流发电机，它的主要目的不是实现机电能量转换，只是把转速变换为电压信号，作为测量元件,直流测速发电机除了控制系统中作为测速元件之外，还能当做阻尼元件以及解算装置中的微分元件和积分元件。,直流测速发电机是控制系统中的一个重要测量转换元件。另外作为校正元件用于改善系统品质，作为反馈元件用于速度
2、反馈。,分类：永磁式：磁场变化小，稳定。 电磁式：磁场随电阻的改变而改变，不稳定。 转子、定子及电刷和换向器组成。电枢绕组在转子上。磁极在定子上，一般采用永磁体作磁极。 对直流测速发电机的主要要求是：(l）输出电压要与转速成线性关系，且正反转时特性一致；(2）输出特性的灵敏度高，即要求电压变化大，斜率大；(3）输出电压的纹波小，即转速稳定，用波纹系数来表示。(4）电机的惯量小，以保证电机响应速度快。 此外，还要求高频干扰小，噪音小，工作可靠，以及结构简单，体积小和重量轻等。,5.2基本关系式与输出特性,一、基本关系式 基本关系式与发电机相似。,感应电势的大小与转速成正比，电势的方向由转速的方向
3、所决定。,T1很小，若果很大，会影响被测装置的运行,输出电压与转速是线性关系。 输出斜率或灵敏度,二、空载输出特性,三、负载时的静态特性,负载电阻不能太小,四、负载时的动态特性,考虑电流的变化和电枢电感，直流测速发电机是一个非周期环节即惯性环节。不过，当l/T 远大于系统的带宽时，测速发电机仍可看成是转速的比例环节。,动态特性是指输入一个阶跃转速时，输出信号电压随时间变化的规律,5.3 输出特性的误差分析,线性特性是希望的理想情况。 实际的测速发电机一定存在误差 。,一、电枢反应,1.使气隙磁场的物理中性面顺着直流发电机的旋转方向偏转。 2. 由于磁路接近于饱和，因此有去磁效应，使输出电压减小
4、 。输出特性向下弯曲。,电枢反应对气隙合成磁场的两个影响：,产生误差的原因：运行中的测速发电机磁极磁通、气隙磁通、电枢回路电阻Ra和负载电阻RL等不能保持恒定不变，都会使输出特性产生非线性。,转速升高，负载电阻变小，都使输出电压误差增大。测速发电机的技术条件中都注明最高转速和最小负载电阻值，以防超差。,二、延迟换向去磁 换向元件中存在电势和电流，方 向与换向前的电流相同。产生的 磁通与主磁通方向相反，起去磁 作用，称为延迟换向去磁。 换向元件的电流及其去磁磁通与转速的平方成正比，它们往往是输出特性曲线高速部分产生弯曲现象的主要原因。高精度直流测速机的转速上限主要是受到延迟换向去磁效应的限制。,
5、三、电刷与换向器的接触电阻与接触电压 电刷与换向器之间的电阻称为接触电阻，数值不确定。当转速较低，电流较小时，接触电阻较大，测速发电机的输出电压很小，形成不灵敏区 。 接触电阻上的压降 称为接触压降。当转速较高，电枢电流较大时，接触压降为常数。,输出特性曲线 常值接触压降使输出特 性曲线向下平移。 同时考虑电枢反应、延 迟换向去磁、不灵敏区 和接触压降后，实际输出特性如实线2所示。 降低接触压降，缩小不灵敏区：采用特殊电刷，电刷接触表面镀银，镀金。,四、纹波 纹波主要是由电机本身的固有结构及加工误差引起的。 纹波的大小用纹波系数衡量 ： 电机绕组数目与纹波的关系： 绕组元件数越多（或换向片数
6、越多），则电势波动的频率越 高，幅值越小。,五、火花和电磁干扰 换向器和电刷间经常发生电火花，使输出电压上有高频尖脉冲，并带来无线电频率的噪音和干扰。为了减轻和消除输出电压上的高频毛刺，一般都要在直流测速发电机的输出端接上低通滤波电路。,温度变化也会引起电枢绕组电阻的变化，并引起电枢绕组电流的变化,5.4 直流测速发电机的应用,作为反馈元件,恒速控制系统原理图,将转速测出，其输出电压 反馈到放大器输入端，与给定电压比较,二 作为转速阻尼元件,使系统机械惯性引起的震荡受到阻尼，改变系统的动态性能。,5.2异步测速发电机,结构：鼠笼转子和杯形转子,杯形转子精度高，应用广。,空心杯转子测速发电机的转
7、子是一个薄壁非磁性空心杯。定子上嵌有在空间相差90电角的两相绕组（激磁绕组和输出绕组）。,通常为四极电机。,二、工作原理,激磁绕组 加交流电压激磁，产 生脉振磁通 ，与 轴线一致， 为直轴方向。,转子不动时，直轴脉振磁通在转子中感应出变压器电势。气隙中的磁通是直轴磁通，与输出绕组没有相交，输出绕组中感应电势和输出电压为零。,转子转动，转子切割直轴磁通产生旋转电势。频率同激磁电压f，大小为,电势 在转子杯中产生短路电流 ，频率为f ，大小正比于 和转速。产生的磁通 频率为f ，方向为交轴方向，大小与电流 和转速成正比。该磁通在输出绕组中感应出频率为f 的变压器电势，大小为 异步测速发电机的输出电
8、势的频率就是激磁频率，大小正比于转速。 转向改变时输出电势的相位 也跟着改变。,异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小正比于转速。 转向改变时输出电势的相位 也跟着改变。,与直流测速发电机相比，交流测速发电机优点是 （1）没有电刷和换向器，构造简单，维护容易，运行可靠； （2）无滑动接触，输出特性稳定，精度高； （3）摩擦力矩小，惯性小；（无刷，空心杯） （4）不产生干扰火花。 缺点是 （1）存在剩余电压和相位误差； （2）输出斜率小； （3）输出特性随负载性质（电阻，电容，电感）变化。,由规定的检测时间内传感器的脉冲数 计算速度。,设传感器每转产生的脉冲数为P，在检测时间段 （s）
9、 内测得的脉冲数为 ，则转速n为 r/min,5.3 由位移传感器的脉冲信号求转速,以光电增量码盘为代表的角位移传感器的输出信号是方波脉冲信号，脉冲的个数与角位移成正比。由此类脉冲信号求速度有下述三种方法。,一、M法测速,二、T法测速,由传感器两个脉冲相隔的时间T来确定转速。 用频率为 的时钟脉冲向计数器发送脉冲。用传感器两个相邻脉冲控制计数的起始和终止。设计数器在T时间内读到的时钟脉冲个数是 ，则 (s)，T时间内转动1/P转，故转速为,r/min,为规定的检测时间。 之后传感器的第1个脉冲终止时钟脉冲计数。实际检测时间T由时钟脉冲数 确定。 为检测时间T内传感器脉冲个数，没有误差。 由 、 可求出转速n。,3. M/T法检测,
