直流测速发电机.docx
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直流测速发电机
直流测速发电机
第二章直流测速发电机
ChaptertwoDCTachogenerator
直流电机基本结构和工作原理
(TheBasicStructureandOperationPrincipleofaDCMachine)
直流发电机工作原理
直流电动机工作原理
直流电机的电势和电磁转矩(EMFandMMFofDCmachine)
电势:
电磁转矩:
磁场分布和电刷电势
图2-13直流电机磁路图2-14气隙中磁通密度分布图
图2-2磁场分布和电刷电势
直流测速发电机(DCTachogenerator)
PRINCIPLEOFOPERATION:
TheDCTachogeneratorisaspeedtransducer,whichdevelopsDCvoltageproportionaltospeedofthemotorconnectedtoit.PermanentMagneticfieldeliminatestheneedofexternalexcitationandoffersextremelyreliableandstableoutputs.Theaccuracyofthetachogeneratordecidesthemaximumaccuracyofspeedofthecontrolledmachine.Theyarewidelyusedforfeedbackanddisplaypurposes.
直流测速发电机及其输出特性
1)对直流测速发电机要求:
(1)输出电压与转子转速之间的关系(称为输出特性)应为线形,如图2-17;
图2-17测速发电机的理想输出特性
(2)输出特性的斜率要大;
(3)温度变化对输出特性的影响要小;
(4)输出电压的纹波要小;
(5)正、反转两个方向的输出特性要一致。
2)输出特性
图2-18直流测速发电机接上负载
图2-19不同负载电阻时的理想输出特性
3)直流测速发电机的误差及其减小方法
(1)温度的影响
得出Ua=f(n)为线性关系的条件之一是励磁磁通Φ为常数。
实际上,电机周围环境温度的变化以及电机本身发热(由电机各种损耗引起)都会引起电机绕组电阻的变化。
当温度升高时,励磁绕组电阻增大,励磁电流减小,磁通也随之减小,输出电压就降低。
反之,当温度下降时,输出电压便升高。
图2-20励磁回路中的热敏电阻并联网络图2-21电阻随温度变化的曲线
(2)电枢反应的影响
由于电枢磁场的存在,气隙中的磁场发生畸变,这种现象称为电枢反应。
图2-22直流电机磁场
图2-23直流测速发电机输出特性(图中RL1>RL2)
(3)延迟换向去磁
单叠绕组(singleoverlappingwinding)的展开图
电枢绕组瞬时电路图
图2-24元件的换向过程
直流电机中,电枢绕组元件的电流方向以电刷为其分界线。
电机旋转,当电枢绕组元件从一条支路经过电刷进入另一条支路时,其中电流反向,由+ia变成-ia。
但是,在元件经过电刷而被电刷短路的过程中,它的电流既不是+ia也不是-ia,而是处于由+ia变到-ia的过渡过程。
这个过程叫元件的换向过程。
正在进行换向的元件叫换向元件。
换向元件从开始换向到换向终了所经历的时间为换向周期。
由于元件本身有电感,因此在换向过程中当电流变化时,换向元件中要产生自感电势:
式中,L为换向元件的电感;i为换向元件的电流。
图2-25换向元件中的电势图2-26延迟换向对输出特性的影响
如果不考虑磁通变化,则直流测速发电机电势与转速成正比,当负载电阻一定时,电枢电流及绕组元件电流也与转速成正比;另外,换向周期与转速成反比,电机转速越高,元件的换向周期越短;eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。
基于上述分析,eL必正比转速的平方,即eL∝n2。
因此,换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比,使输出特性呈现图2-26所示的形状。
所以,直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。
(4)波纹
根据Ea=CeΦn,当Φ、n为定值时,电刷两端应输出不随时间变化的稳定的直流电势。
然而,实际的电机并非如此,其输出电势总是带有微弱的脉动,通常把这种脉动称为纹波。
纹波主要是由于电机本身的固有结构及加工误差所引起的。
在第一节中我们已经看到,由于电枢槽数及电枢元件数有限,在输出电势中将引起脉动。
通过增加每条支路中的串联元件数可以减小纹波。
但是由于工艺所限,电机槽数、元件数及换向片数不可能无限增加,因此产生纹波是不可避免的。
同时,由于电枢铁心有齿有槽,以及电枢铁心的椭圆度、偏心等等,也会使输出电势中纹波幅值上升。
(5)电刷接触电压
Ua=f(n)为线性关系的另一个条件是电枢回路总电阻Ra为恒值。
实际上,Ra中包含的电刷与换向器的接触电阻不是一个常数。
为了考虑此种情况对输出特性的影响,我们把电压方程式
改写为
。
其中Rw为电枢绕组电阻;ΔUb为电刷接触压降。
图2-27考虑电刷接触压降后的输出特性
换向器圆周线速度对ΔUb影响较小,在小于允许的最大转速范围内,可认为速度不会引起ΔUb的变化。
但是随着转速的升高,电枢电流Ia增大,电刷电流密度增加。
当电刷电流密度较小时,随着电流密度的增加,ΔUb也相应地增大。
当电流密度达到一定数值后,ΔUb几乎等于常数。
一般情况下,电流自换向器流向电刷时电刷压降较大,因此,通常直流机的接触压降ΔUb是指正负电刷下的总压降。
直流测速发电机的应用
作为反馈元件
图2-4恒速控制系统原理图