測速發(fā)電機(jī)

一、能力目標(biāo) 二、儀器與設(shè)備 三．項目要求 （一）測試測速發(fā)電機(jī)的曲線

1．按圖17-1接線。圖中電動機(jī)采用他勵接法，TG選用永磁式直流測速發(fā)電機(jī)，Rf1選用1800Ω電阻，R1選用180Ω電阻。RZ選用5400Ω阻值，并把Rf1調(diào)至最小，R1調(diào)至最大，RZ調(diào)至最大，A表選用20mA檔，開關(guān)Q斷開。測速發(fā)電機(jī)

2．先接通勵磁電源，再接通電樞電源，電動機(jī)M運行后將R1調(diào)至最小，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)，減小電樞電源電壓并調(diào)節(jié)R1

和Rf1逐漸使電動機(jī)減速。記錄對應(yīng)的轉(zhuǎn)速和輸出電壓。 3．共測取8～9組數(shù)據(jù)，記錄于表17-1中。 4．合上開關(guān)Q，重復(fù)上面步驟，記錄8～9組數(shù)據(jù)。測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)

四、測速發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及工作原理

在自動控制系統(tǒng)中，測速發(fā)電機(jī)常作為檢測元件、解算元件、角加速度信號元件等。例如：在速度控制系統(tǒng)中，測速發(fā)電機(jī)常作為速度敏感元件，從它輸出電信號的變化來反映系統(tǒng)速度的微小變化，達(dá)到檢測或通過反饋信號自動調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以提高系統(tǒng)的跟隨穩(wěn)定性和精度。測速發(fā)電機(jī)還可代替測速計，直接測量運動機(jī)械的轉(zhuǎn)速。但無論哪種原理的測速發(fā)電機(jī)，它們都具有一個共同的特點，那就是將它們自身運動部分的運動速度（直線運動或旋轉(zhuǎn)運動）轉(zhuǎn)換成電信號（電壓幅值或者頻率）輸出。而且輸出電信號和機(jī)械運動的速度成線性關(guān)系。測速發(fā)電機(jī)

根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的工作任務(wù)，對它的要求是：輸出電壓幅值與轉(zhuǎn)速應(yīng)為線性關(guān)系，以提高精確度；輸出曲線的斜率要大，以滿足靈敏度的要求；用作計算元件時應(yīng)著重考慮線性誤差要小。 測速發(fā)電機(jī)按其工作原理可以分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類。交流測速發(fā)電機(jī)又分同步和異步兩種，直流測速發(fā)電機(jī)有永磁式和電磁式兩種。測速發(fā)電機(jī)

（一）直流測速發(fā)電機(jī) 直流測速發(fā)電機(jī)按照其勵磁磁場建立的方式，分為電磁式和永磁式兩大類。按電樞結(jié)構(gòu)不同，又可分為有槽式電樞、無槽式電樞、空心杯形電樞和印制繞組電樞等，常用的是有槽式電樞結(jié)構(gòu)。 直流測速發(fā)電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)與一般小型直流發(fā)電機(jī)相同，所不同的是直流測速發(fā)電機(jī)通常不對外輸出功率或者對外輸出很小的功率。 發(fā)電機(jī)的電動勢為

測速發(fā)電機(jī)

當(dāng)磁通Φ=常數(shù)時 式中

，稱為電動勢系數(shù)。 直流測速發(fā)電機(jī)空載時的輸出電壓與其輸出電動勢相等，即 由上式可知，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，即測速發(fā)電機(jī)輸出電壓反映了轉(zhuǎn)速的大小。因此，直流測速發(fā)電機(jī)可以用來測速。圖17-1中的虛線表示為理想狀態(tài)下測速發(fā)電機(jī)輸出特性曲線。測速發(fā)電機(jī)

若負(fù)載電阻為RL，則輸出電壓為

（17-1）

即輸出電壓U與轉(zhuǎn)速成正比。在理想狀態(tài)下，忽略電樞反應(yīng)的影響，并認(rèn)為電樞回路的總電阻為常數(shù)時，輸出特性為一通過原點的直線。測速發(fā)電機(jī)

實際上，當(dāng)提高轉(zhuǎn)速n使輸出電壓較高或減小負(fù)載電阻RL，都將使電樞回路電流Ia增大，電樞反應(yīng)產(chǎn)生的去磁作用使磁通Φ減小，輸出電壓相應(yīng)要降低，使輸出特性變成向下彎曲的曲線如圖17-1所示。為了減小電樞反應(yīng)對輸出特性的影響，根據(jù)直流測速發(fā)電機(jī)所給出的技術(shù)指標(biāo)，在使用時，轉(zhuǎn)速不能超過最大線性工作轉(zhuǎn)速，所接負(fù)載電阻不得小于最小負(fù)載電阻，以保證系統(tǒng)所允許的線性誤差。測速發(fā)電機(jī)

直流測速發(fā)電機(jī)為線性關(guān)系的另一個條件是電樞回路總電阻Ra為恒值。實際上，Ra中包含電樞繞組的電阻RS，和電刷與換向器的接觸電阻。由于電刷與換向器的接觸電阻不是一個常數(shù)而電刷與換向器的接觸電壓降為一常數(shù)，式（17-1）可改寫為

（17-2） 考慮電刷接觸壓降后直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性如圖17-2所示。測速發(fā)電機(jī)

由圖17-2可見，的存在，使直流測速發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速較低時，輸出特性上出現(xiàn)一段斜率顯著下降的區(qū)域。此區(qū)域內(nèi)，測速機(jī)輸出電壓很小，對轉(zhuǎn)速的反應(yīng)很不靈敏，所以此區(qū)域叫不靈敏區(qū)或叫“無信號區(qū)”。 為了降低電刷的接觸電壓降，在直流測速發(fā)電機(jī)中，常采用接觸壓降較小的黃銅—石墨電刷或銀—石墨電刷，這樣可使不靈敏區(qū)大大縮小。測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)

直流測速發(fā)電機(jī)在工作時，由于環(huán)境溫度的變化和電機(jī)自身發(fā)熱都會影響測速發(fā)電機(jī)的輸出特性。例如：當(dāng)溫度升高時，電機(jī)的勵磁繞組電阻增大，如果勵磁電壓不變，則勵磁電流減小，磁通也相應(yīng)減小，使輸出電壓降低。反之，當(dāng)溫度下降時，電壓則升高。為了減小這種影響，常應(yīng)用其磁化曲線的飽和部分，有時則在勵磁回路中串入一個阻值比勵磁繞組電阻大幾倍的康銅或錳鋼附加電阻來穩(wěn)流，還可采用在勵磁回路中串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖17-3所示。測速發(fā)電機(jī)

（二）交流測速發(fā)電機(jī) 1．

構(gòu)造與原理 交流測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式有空心杯形和鼠籠式的。鼠籠轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)輸出斜率大，但特性差、誤差大、轉(zhuǎn)子慣量大，一般只用在精度要求不高的系統(tǒng)中。非磁杯形轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)其杯形轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中，內(nèi)外定子間隙不發(fā)生變化，磁阻不變，因而氣隙中磁通密度分布不受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的影響，輸出電壓波形比較好，沒有齒諧波而引起的畸變，精度較高，轉(zhuǎn)子的慣量也較小，有利于系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，是目前應(yīng)用最廣泛的一種交流測速發(fā)電機(jī)。測速發(fā)電機(jī)

非磁性空心杯轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖17-4所示，這種測速發(fā)電機(jī)具有兩個定子鐵心，一個稱為外定子（位于轉(zhuǎn)子的外側(cè)），一個稱為內(nèi)定子（位于轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)），轉(zhuǎn)子是一個薄壁非磁性杯，通常用高電阻率的材料（如磷青銅）制成，位于內(nèi)、外定子之間的氣隙內(nèi)。測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組一般放在外定子上，輸出繞組放置在內(nèi)定子上（在機(jī)座號較小的電機(jī)中，通常將勵磁繞組和輸出繞組都布置在內(nèi)定子上）。勵磁繞組和輸出繞組在空間是正交的（即兩繞組軸線在空間互差90o電角度）。測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)

圖17-5所示是交流測速發(fā)電機(jī)原理圖，勵磁繞組LL接到交流電源上，其電壓為UL，且其幅值和頻率均恒定不變。 異步測速發(fā)電機(jī)的空心杯形轉(zhuǎn)子可以看成是一個鼠籠條數(shù)目非常之多的鼠籠轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子不動，即n=0時，若在勵磁繞組中加上頻率為f的勵磁電壓UL后，勵磁電流在勵磁繞組的軸線方向上產(chǎn)生了隨時間按正弦規(guī)律變化的脈振磁通

。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止不動時，異步測速發(fā)電機(jī)類似于一臺變壓器。勵磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)繞組，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相當(dāng)于變壓器的二次側(cè)繞組。由于磁通的方向與輸出繞組L0的軸線垂直，不會在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)轉(zhuǎn)子不動時，輸出繞組的輸出電壓U0等于零。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因切割磁通而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子電流又產(chǎn)生磁通，此磁通在空間上是固定的，與輸出繞組軸線相重合。在時間上是按正弦規(guī)律變化的，因此在輸出繞組中感應(yīng)出頻率相同的輸出電壓U0。測速發(fā)電機(jī)

2．工作特性

交流測速發(fā)電機(jī)的工作特性即輸出特性，包括輸出幅值特性和輸出相位特性?？刂葡到y(tǒng)不僅要求交流測速發(fā)電機(jī)輸出電壓的大小與