[工学]第四章直流测速发电机和直流伺服发电机.pptVIP

第四章 直流测速发电机和直流伺服发电机 直流测速发电机和直流伺服电动机属于控制电机。在自动控制系统中，直流伺服电动机用作执行元件，直流测速发电机用作信号元件。 控制电机的功率一般都在几百W以下，最小的不到1 W。外形尺寸也较小，机壳外径一般不大于160 mm。 第四章 直流测速发电机和直流伺服发电机 直流测速发电机和直流伺服电动机一般为小型他励或永磁电机。 从原理上讲，控制电机的基本结构、运行的电磁过程及遵循的基本规律，与普通电机是一致的，但有自己的特殊性。如在结构方面，它的长细比较大。在特性方面，它具有良好的可控性、良好的调速性、特性线性度高、响应快速等特点。但是在力能指标和效率等方面都没有普通电机那样高。 第四章 直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 由于它们的基本结构及工作原理等均和一般直流电动机相同，因此第三章所讨论的内容对它们也完全适用。本章只是对它们的特性及在自动控制系统中的应用进行重点介绍。 第四章 直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 4一1直流测速发电机 直流测速发电机是一种测量转速的信号元件，它可以将转速信号变成电压信号。理想的测速发电机的输出电压U与它的转速n成线性关系，用数学式表示为U=un·n,un称之为输出斜率。 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 图１ 一、直流测速发电机的输出特性 直流测速发电机工作原理图如图4一1所示。它的工作原理与第三章介绍的直流发电机工作原理相同。因为直流测速发电机是一种将转速变换成电压的信号元件，因此本节着重研究它的输出特性。输出特性是指当励磁电压Uf,和电枢电流Ia(即 RL )不变时，输出电压U与转速n的关系，即U= f(n)的关系。 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 当不考虑电刷接触压降时，由图4一1可得电枢回路的稳态电压平衡式 U=Ea－Ia·ra=Ea-U/RL· ra =CE·Φ·n-U/RL ·ra 经过变换得: U= CEΦ·n/(1+ ra/ RL)=un·n RL---- 为负载电阻 ra ---- 为电枢绕组电阻 un= CEΦ·n/(1+ ra/ RL) 输出斜率 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机 图２ 从上式可以看出，如果主磁通、电枢绕组电阻ra和负载电阻RL不变，则输出斜率un不变，则U与n呈线性关系，如图4一2粗实线所示，即为理想输出特性曲线。若RL改变，则输出斜率un得以改变。 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 图３ 二、误差分析 1.钱性误整 直流测速发电机的实际输出特性并非是直线，而是如图4一3所示的实曲线，它与理想输出直线是存在误差的，我们把该误差称为线性误差，其定义由下式确定 δx＝（△Umax／ Umax）100% 式中： △Umax----实际输出特性与理想输出特性间的最大差值； Umax----对应最大转速nmax的理想输出电压． 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 线性误差标准: 一般为1％-2％，精度较高的为0.25 ％-0.1％。 造成线性误差从而影响输出特性的原因: 1. 电枢反应 2.电阻Ra 和电刷接触电阻也不是常数 3.励磁绕组发热 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 造成线性误差的原因:除电枢反应会使主磁通减小外，电枢回路电阻Ra所包括的电刷接触电阻也不是常数，它将随负载电流的变化而变化。此外励磁绕组发热也将引起励磁磁通的降 低，从而影响输出特性。 为减小电枢反应的影响，应采用尽可能大的负载电阻。 为减小电刷接触电压降的影响，可采用接触压降较小的电刷，如银石墨电刷。 为了减小温度变化的影响，一般可使用电机工作在磁路较饱和的状态，或在励磁回路中串联电阻温度系数小的康铜或锰铜电阻，其阻值比励磁绕组电阻大好几倍，以减小或完全补偿温度的影响。但串入电阻后会使结构复杂，电机磁路饱和，使输出电动势和励磁电流不成比例，因而对某些系统来说是不适宜的。 温度变化引起的输出电压U的变化值对某一转速下常温输出电压的比值称为变温输出误差δUt. 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 图４ 2.无讯号区（不灵敏区） 当考虑电刷接触电压降△ Us，时，则负载时电枢回路的电压平衡式为 U＝Ea一Iarae一△ Us ＝CEΦn一（U/RL）ra一△ Us U= CEΦ/(1+ra/RL) n- △ Us /(1+ra/RL) =un·n-△ U’s 第四章直流测速发电机和直流伺服发电机(1) 因为式中有△ U’s =△ Us /(1+ra/RL) 项，使输出特性下移，见４－４，图中00范围内