《自动控制元件》第10章 测速元件及测速方法.pptVIP

第二篇 测量元件 第十章 测速元件及测速方法 10.1 直流测速发电机 10.1.1 直流测速发电机的结构 N S · · · · · · · · · · · · N S 极掌 极心 励磁绕组 机座 转子 F F U + – N S 电刷 换向片 I I E E 10.1 直流测速发电机 专门测量转速用的微型直流发电机。 直流电机被外力拖动而旋转时，电机电枢两端就会产生直流电压——发电机。 发电机的基本关系式与电动机类似。 发电机的特点：电流的实际方向与电势相同。 10.1 直流测速发电机 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：(1）输出电压要与转速成线性关系；(2）输出特性的灵敏度高；(3）输出电压的纹波小。 10.1.2基本关系式与输出特性 一、基本关系式 基本关系式与电动机相似。 感应电势的大小与转速成正比，电势的方向由转速的方向所决定。 二、空载输出特性 三、负载时的静态特性： 输出电压与转速是线性关系。 为输出斜率或灵敏度。 四、负载时的动态特性 ，其中 ， 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。 拉普拉斯变换 拉普拉斯变换 拉普拉斯变换 10.1.3 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，原因有电枢反应、延迟换向去磁、电刷与换向器的接触电阻与接触电压、纹波等。 一、电枢反应 负载电流通过直流发电机电枢绕组时，同样会产生电枢磁场和电枢反应。影响有： 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。输出特性向下弯曲。 10.1.3 输出特性的误差分析 转速升高，负载电阻变小，都使输出电压误差增大。 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。 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。 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 纹波是直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象，叠在在直流稳定量上的交流成分。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 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。