1.1
直流测速发电机的原理和结构
直流电机
N
一、直流测速发电机的结构
定子 空 气 隙 转子
+
n
定 子 铁 心
-
S
励 机 端 电 电 换 电 转 磁 枢 向 枢 绕 绕 器 铁 组 壳 盖 刷 组 心 轴
控制电机
直流电机的定子
控制电机
直流电机的转子
控制电机
励磁方式： 励磁方式：电磁式和永磁式 直流永磁电机
第 1 章 直流测速发电机
中国矿大信电学院
第1章
直流测速发电机
1.1 直流测速发电机的工作原理和结构 1.2 直流测速发电机的输出特性 1.3 直流测速发电机的误差和减小方法 1.4 直流测速发电机的性能指标及应用 1.5 直流测速发电机的应用举例 1.6 直流测速发电机的发展动向
第1章
本 章 要 求：
F2 S2
1.5
直流测速发电机的应用举例
直流测速发电机在自动控制系统和计算装 测速元件、 置中可以作为测速元件 校正元件、 置中可以作为测速元件、校正元件、解算元件 角加速度信号元件。 和角加速度信号元件。它可以测量各种机械在 有限范围内的摆动或非常缓慢的转速 摆动或非常缓慢的转速。 有限范围内的摆动或非常缓慢的转速。 下面以测速发电机在速度控制系统中作为 转速负反馈元件调节电动机的转速 调节电动机的转速， 转速负反馈元件调节电动机的转速，以稳定系 统的转速为例，介绍测速发电机的使用。 统的转速为例，介绍测速发电机的使用。
原理动画
1.2
直流测速发电机的输出特性
一、基本概念 根据已学过的直流发电机的工作原理 知，电刷两端的感应电势 ： Ea = Ceфn=Ke n 由上可知：1.电刷两端的感应电势与 由上可知：1.电刷两端的感应电势与 电机的转速成正比。2.直流发电机能够把 电机的转速成正比。2.直流发电机能够把 转速信号换成电势信号，从而用来测速。 转速信号换成电势信号，从而用来测速。
控制电机
二 电枢磁场的影响 N N
不论转子转 到哪个位置， 到哪个位置，电 枢导体电流在空 间分布情况始终 不变， 不变，因此电枢 磁场在空间是固 定不动的恒定磁 场。
S 主磁场
S 电枢磁场
减小误差的考虑： 减小误差的考虑：
控制电机
电枢磁场产生附加去磁作用， 电枢磁场产生附加去磁作用，负载时的气 附加去磁作用 隙磁通较空载时小，从而产生误差。 隙磁通较空载时小，从而产生误差。 当负载电阻越小或转速越高， 当负载电阻越小或转速越高，负载电流就 越大，电枢磁场产生的附加去磁作用就越强， 越大，电枢磁场产生的附加去磁作用就越强， 磁通被削弱的就越多，输出特性偏离直线越远， 磁通被削弱的就越多，输出特性偏离直线越远， 非线性误差越大。 非线性误差越大。 N Ua
n
S
控制电机
为了减小电枢反应对输出特性的影响， 为了减小电枢反应对输出特性的影响，测 速发电机在使用时，转速不得超过技术条件中 速发电机在使用时，转速不得超过技术条件中 规定的最大转速；负载电阻不得小于技术条件 规定的最大转速；负载电阻不得小于技术条件 给定的电阻值，以保证非线性误差较小。 给定的电阻值，以保证非线性误差较小。 三、其它影响 除了以上两种原因引起输 出特性的误差外，还有延迟换 出特性的误差外，还有延迟换 向去磁、 向去磁、电势的纹波以及电刷 接触压降等都会引起输出特性 接触压降等都会引起输出特性 的误差， 的误差，对此在电机中都采用 了相应减小误差的措施。 了相应减小误差的措施。 Ia Uj EU
控制电机
三、输出特性 Ia Uj Ea RL
由直流电机电势公式得： 由直流电机电势公式得：
Ea=Ceфn=Ke n Ua
在图示正方向下得： 在图示正方向下得：
Ua=Ea-IaRa Ia=Ua/RL
负载时测速发电机的输出电压为： 负载时测速发电机的输出电压为：
C eφ Ua = n 1 + Ra / RL
为了减小温度变化对输出特性的影响， 为了减小温度变化对输出特性的影响，测 速发电机的磁路应较为饱和。当磁路饱和时， 速发电机的磁路应较为饱和。当磁路饱和时， 磁路应较为饱和 励磁电流变化引起的磁通变化较小。但是， 励磁电流变化引起的磁通变化较小。但是，由 于绕组电阻随温度变化的变化太大， 于绕组电阻随温度变化的变化太大，要使输出 稳定， 稳定，还必须采取措施以减小温度对输出特性 的影响。 的影响。 φ If
给定
控制器
控制电机 电磁滑差 磁极 离合器 电枢
L
信号处 理电路 测速发电机
M
直流励 磁绕组
Uu Uv Uw
电磁滑旋转，其 中有短路绕组；磁极与负载同轴旋转， 中有短路绕组；磁极与负载同轴旋转，其中的励磁 绕组通入直流电流，在离合器的磁路中产生磁通。 绕组通入直流电流，在离合器的磁路中产生磁通。 电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势， 电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势，产 生电流，该电流与气隙磁场作用就产生电磁转矩， 生电流，该电流与气隙磁场作用就产生电磁转矩， 使磁极和负载随着电枢向同一个方向旋转。 使磁极和负载随着电枢向同一个方向旋转。
由于电机周围环 境温度的变化以及电 机本身发热， 机本身发热，使电机 绕组的电阻发生变化。 绕组的电阻发生变化。 升高， 温度t 升高，励磁绕 增大， 组电阻R 增大，磁通 ф减小输出电压U 降 反之， 升高。 低。反之，U 升高。
If
Ia Ea Ua
RL
Uj
减小误差的考虑： 减小误差的考虑：
控制电机
控制电机
2、直流测速发电机的接线 、
电磁式直流测速发电机在使用前必须区别清 楚电枢绕组端头和激磁绕组端头。 楚电枢绕组端头和激磁绕组端头。
S1 F1
一般标有F 一般标有 1和F2的为 激磁绕组，标有S 激磁绕组，标有 1和S2的 为电枢绕组。 为电枢绕组。 如果标记看不清或已 脱落，如何判断？ 脱落，如何判断？
控制电机
二、直流测速发电机的使用 1、直流测速发电机的选用 、 选用直流测速发电机时， 选用直流测速发电机时，应根据其在系统 中的用途来选择。 中的用途来选择。 1）当作为运算元件或用于恒速控制时，应着重 ）当作为运算元件或用于恒速控制时， 考虑其线性度和纹波电压 线性度和纹波电压， 考虑其线性度和纹波电压，而对输出斜率的要 求则是第二位的； 求则是第二位的； 2）当作为校正元件时，应着重考虑其输出斜率， ）当作为校正元件时，应着重考虑其输出斜率， 斜率 而对其其线性度和纹波电压的要求并不是很严 格的。 格的。
直流测速发电机
熟练掌握直流测速发电机的工作原理。 熟练掌握直流测速发电机的工作原理。 了解直流测速发电机的结构和型式。 了解直流测速发电机的结构和型式。 熟练掌握直流测速发电机的输出特性。 熟练掌握直流测速发电机的输出特性。 搞清直流测速发电机的误差及其减小方法。 搞清直流测速发电机的误差及其减小方法。 搞清直流测速发电机的性能指标。 搞清直流测速发电机的性能指标。 熟练掌握直流测速发电机的应用。 熟练掌握直流测速发电机的应用。
1.4 直流测速发电机的性能指标及使用 一、主要性能指标 1、线性误差 、 在工作转速范围内， 在工作转速范围内， 输出电压与理想输出电压 之差对最大理想输出电压 之比
δx = ∆U
Um × 100%
U(V)
实测值
Um
理论值
o
5 nb一般为 nmax , δ x 一般为 0.5%左右 6
nb nmax
直流永磁电机
控制电机
永磁直流测速发电机
控制电机
永 磁 直 流 测 速 发 电 机
控制电机
2577稀土直流伺服测速机组 稀土直流伺服测速机组
用途： 用途：在随动系统中提供驱动力矩和 速度反馈信号， 速度反馈信号，本产品已用于某机光学瞄 准具随动系统中 。
控制电机
二、直流测速发电机的工作原理
N
b
+
a c
n
d
A
-
B
S
导体ab,cd切割 磁力线产生感应 电势，N极下电 势方向由b指向a， s极下导体cd中 电势由c指向d, 因此电刷A为正， B为负
当线圈转动180 导体cd处于N极下， cd处于 当线圈转动180 ,导体cd处于N极下，电 势由d 极下导体电势由 导体电势 仍然A 势由d到c ，S极下导体电势由a到b，仍然A刷 为正， 刷为负。 为正，B刷为负。
控制电机
二、自动控制系统对测速发电机的要求： 自动控制系统对测速发电机的要求： 1.输出电压与转速的关系曲线（ 1.输出电压与转速的关系曲线（即输 输出电压与转速的关系曲线 出特性）应为线性。 出特性）应为线性。 2.输出特性的斜率要大。 2.输出特性的斜率要大。 输出特性的斜率要大 3.温度变化对输出特性的影响要小。 3.温度变化对输出特性的影响要小。 温度变化对输出特性的影响要小 4.输出电压的纹波要小 输出电压的纹波要小， 4.输出电压的纹波要小，即要求在一 定的转速下输出电压要稳定，波动要小。 定的转速下输出电压要稳定，波动要小。 5.正 5.正，反转两个方向的输出特性要一 致。
控制电机 电磁滑差离合器的异步调速系统 电磁滑差 磁极 离合器 电枢
给定
控制器
L
信号处 理电路 测速发电机
M
直流励 磁绕组
Uu Uv Uw
系统由异步电动机、电磁滑差离合器、 系统由异步电动机、电磁滑差离合器、测速发电机 和控制电路组成。通过离合器来调节负载速度。 和控制电路组成。通过离合器来调节负载速度。
控制电机
热敏网络参数选择方法： 热敏网络参数选择方法： 1）作出励磁绕组电阻随温度变 化的曲线1 化的曲线1； 2）作并联网络电阻随温度变化 的曲线2 的曲线2。 R 3 1 2 0 t
R(t) Uf R Rf(t)
曲线1温度系数为正; 曲线1温度系数为正; 曲线2温度系数为负； 曲线2温度系数为负； 当两条曲线的斜率 相等， 相等，励磁回路的总电 阻就不随温度而变化, 阻就不随温度而变化,曲 线3 。