第二章直流测速发电机
Chapter two DC Tachogenerator 2.1 直流电机基本结构和工作原理
（The Basic Structure and Operation Principle of a DC Machine）
直流发电机工作原理
直流电动机工作原理
2.2 直流电机的电势和电磁转矩（EMF and MMFof DC machine）
电势：n a pN n C E e a φφ60=
= 电磁转矩：a a T I a
pN I C T φπφ2== 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
2.3 直流测速发电机(DC Tachogenerator)
PRINCIPLE OF OPERATION :
The DC Tachogenerator is a speed transducer, which develops DC voltage proportional to speed of the motor connected to it. Permanent Magnetic field eliminates the need of external excitation and offers extremely reliable and stable outputs. The accuracy of the tachogenerator decides the maximum accuracy of speed of the controlled machine. They are widely used for feedback and display purposes.
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U a=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R L1>R L2) （3）延迟换向去磁
单叠绕组（single overlapping winding）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+i a变成-i a。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+i a也不是-i a，而是处于由+i a变到-i a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；e L正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析，e L必正比转速的平方，即e L∝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E a=C eΦn, 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
U
=f(n)为线性关系的另一个条件是电枢回路总电阻R a为恒值。实际上，
a
R
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a
出特性的影响，我们把电压方程式改写为。其中R w为电枢绕组电阻；ΔU b 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ΔU b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ΔU b的变化。但是随着转速的升高，电枢电流I a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，ΔU b也相应地增大。当电流密度达到一定数值后，ΔU b几乎等于常数。一般情况下，电流自换向器流向
1永磁式直流测速发电机 一、实验任务 1 直流测速发电机空载输出特性 2 直流测速发电机负载输出特性 二、实验原理 测速发电机是一种测量转速信号的元件，它将输入的机械转速变换为电压信号输出，且输出电压与转速成正比。在自动控制系统中用作测量元件和反馈元件，用以测量转速或调节和稳定转速。 测速发电机有交直流两大类，交流测速发电机有异步和同步之分，直流测速发电机根据励磁方式不同，又可分为永磁式和他励磁式之分。本处使用的是永磁式直流测速发电机。三、实验方法 2、屏上挂件排列顺序 D51 3、按图7-1接线。图中直流电动机M选用DJ23作他励接法，TG选用导轨上的永磁式直流测速发电机，R f1选用R1上900Ω阻值分压接法，R1选用R2上180Ω阻值，R Z选用MET01上10K/8W功率电阻，并把R1、R Z调至最大，电流表A1、A2选用MET01上对应的仪表，开关S断开。 图7-1 直流测速发电机接线图 4、先接通励磁电源，调节电阻R f1使励磁电流达到最大的位置，接通电枢电源，电动机M运行后将R1调至最小。调节电阻R f1、R1转速达2400r/min，然后逐渐使电机减速（电阻R1调至最大位置以后可降低电枢电源的输出电压来降低转速）。记录对应的转速和输出电压。共测取8~9组数据记录于表7-1中。 5、合上开关S，重复上面步骤，记录8-9组数据于表7-2中。
四、实验报告 1、作出空载时的U=f(n)曲线。 2、作出负载时的U=f(n)曲线。 三、思考题 1、直流测速发电机的误差主要由哪些因素造成？ 2、在自动控制系统中主要起什么作用？ 2控制式自整角机 一、实验目的 1、通过实验测定控制式自整角机的主要技术参数 2、掌握控制式自整角机的工作原理和运行特性 二、预习要点 1、控制式自整角机的工作原理和运行特性 2、控制式自整角机的主要技术指标 三、实验项目 1、测自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f（θ） 2、测定比电压Uθ和零位电压U0 四、实验方法 1、测定控制式自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f（θ） （1）按图7-8接线。发送机加额定电压，旋转发送机刻度盘至0o位置并固紧。 （2）用手缓慢旋转自整角变压器的指针圆盘，接在L1′、L2′两端的数字电压表就有相应读数，找到输出电压为最小值的位置，即为起始零点。 （3）然后，用手缓慢旋转自整角变压器的指针圆盘，在指针每转过10 o时测量一次自整角变压器的输出电压U2。测取各点U2及θ值并记录于表7-16中。 表7-16
直流测速发电机测速误差分析及减小误差的方法 摘要：直流测速发电机的输出特性Ua=f(n)不是严格地呈线性特性，实际特性与要求的线性特性之间存在误差。阐述了引起误差的各种原因，并提出了减少误差的方法。 关键词：直流测速发电机误差分析减少误差论文毕业论文 直流测速发电机作为自动控制系统中的校正元件，就其物理本质来说，是一种测量转速的微型直流发电机；从能量转换的角度看，它把机械能转换为电能，输出直流电；从信号转换的角度看，它把转速信号转换成与转速成正比的直流电压信号输出，因而可以用来测量转速。 1 自动控制系统对直流测速发电机的要求 自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。据此，直流测速发电机在电气性能方面应满足以下几项要求： （1）输出电压与转速的关系曲线（输出特性）RL =∞ 应为线性Ua=K*n，如图1所示。RL1 （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。 可以看出，第（2）项要求是为了提高测速发图1: 不同负载电阻时的电机的灵敏度。因为输出特性斜率大，即△U/△n大，理想输出输出特性这样，测速机的输出对转速的变化很灵敏。负载时输出电压与转速的关系式为：Ua=CeΦ*n/(1+Ra/Rl) 如果式中Ф、Ra和Rl都能保持常数，则Ua与n之间仍呈线性关系，只不过随着负载电阻的减小，输出特性的斜率变小而已，如图1所示。第（1）、（3）、（4）、（5）项的要求是为了提高测速机的精度。因为只有输出电压与转速成线性关系，并且正、反转时特性一致，温度变化对特性的影响越小，输出电压越稳定，输出电压才越能精确地反映转速，才能有利于提高整个系统的精度。 2 直流测速发电机的误差及其减小的方法 实际上，测速发电机的输出特性不是严格地呈线性特性，实际特性与要求的线性
直流、交流测速发电机的工作原理 来源：机械专家网发布时间：2010-03-20 机械专家网 一、直流测速发电机： 1、直流测速发电机的工作原理：在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。显然输出电压与转速成正比。 2. 误差分析 直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面： （1）电枢反应 直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显著，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。 （2）温度的影响 如果直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。 可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。 （3）接触电阻 如果电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。 另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。 二、交流测速发电机： 交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。 交流异步测速发电机工作原理 交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90°电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。 ·空心杯转子异步测速发电机原理： 当定子励磁绕组外接频率为 f的恒压交流电源 u，励磁绕组中有电流 i流过，在直轴（即轴）上产生以频率 f脉振的磁通。 在转子不动时，脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场，在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中感应产生旋转电势，其大小正比于转子转速，并以励磁磁场的脉振频率交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势在杯型转子中产生交流短路电流，若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么此短路电流所产生的脉振磁通在空间位置上与输出绕组的轴线一致，因此转子脉振磁场与输出绕组相交链而产生感应电势。输出绕组感应产生的电势实际就是交流异步测速发电机输出的空载电压，其大小正比于转速，其频率为励磁电源的频率。
ZYS,ZCFY永磁式直流测速发电机 概述: ZYS,ZCFY系列测速发电机系永磁式直流发电机，用以测量旋转体的转速，亦可作速度讯号的传送器，在自动控制系统及计算解答装置中作为测量元件只用。 本系列测速发电机在负载电阻为恒定值的情况下，其输出电压是转速的线性函数，正反方向的输出特性是对称的。 使用条件 1.海拔不超过1000米。 2.环境温度；-25℃-60℃. 3.相对湿度；在25℃时达95%。 4.电机周期性横倾22.5°，持续横倾15°，持续纵倾10°（对船用电机）。 技术数据 型号额定电 压V 额定电 流mA 额定功 率w 额定转 速r/min 负载电 阻Ω 重量 ≤kg ZYS231/110-19 110 210 23.1 0-1900 500 7.5 ZYS132/110-19 110 120 13.2 0-1900 920 7.5 ZYS44/55-19 55 80 4.4 0-1900 700 7.5 ZYS44/55-30 55 80 4.4 0-3000 700 7.5 ZYS231/110-30 110 210 23.1 0-3000 500 7.5 ZYS231/110-36 110 210 23.1 0-3600 500 7.5 ZYSH231/110-19 110 210 23.1 0-1900 500 13 ZYSH132/110-19 110 120 13.2 0-1900 920 13 ZYSH44/55-19 55 80 4.4 0-1900 700 13 ZCFY-12 55 80 4.4 0-1900 688 3 ZCFY-12TH 55 80 4.4 0-1900 688 6 ZCFY-12-4 110 182 20 0-4000 3 ZCFY-12-4TH 110 182 20 0-4000 6 ZYS230/230-36 230 100 23 0-3600 2300 7.5
实验5 永磁式直流测速发电机 测速发电机是一种测量转速信号的元件，它将输入的机械转速变换为电压信号输出，且输出电压与转速成正比。在自动控制系统中用作测量元件和反馈元件，用以测量转速或调节和稳定转速。 测速发电机有交直流两大类，交流测速发电机有异步和同步之分，直流测速发电机根据励磁方式不同，又可分为永磁式和他励磁式之分。本处使用的是永磁式直流测速发电机。 一、实验方法 1 2、屏上挂件排列顺序 D44、D31 3、按图7-1接线。图中直流电动机M选用DJ23作他励接法，TG选用导轨上的永磁式直流测速发电机，R f1选用D44上900Ω阻值，R1选用D44上180Ω阻值调至最大位置，R Z选用D44上10K/8W功率电阻，电流表A1、A2选用D31挂件上，开关S选用D44上的开关，并处于断开位置。 图7-1 直流测速发电机接线图 4、先接通励磁电源，调节电阻R f1使励磁电流达到最大的位置，接通电枢电源，电动机M运行后将R1调至最小。调节电阻R f1、R1转速达2400r/min，然后逐渐使电机减速（电阻R1调至最大位置以后可降低电枢电源的输出电压来降低转速）。记录对应的转速和输出电压。共测取8~9组数据记录于表7-1中。 5、合上开关S，重复上面步骤，记录8-9组数据于表7-2中。 表7-2
二、实验报告 1、由： 得： 式中： R a ――电枢回路总电阻 R z ――负载电阻 E 0=C e Φn――电枢总电势 2、作出U=f(n)曲线。 三、思考题 1、直流测速发电机的误差主要由哪些因素造成？ 2、在自动控制系统中主要起什么作用？ a a a R Rz U E R I E U -=-=00n R R C R R E U z a e z a + =+=110φ
ZYS-A永磁式直流测速发电机最新报价 一、ZYS-A直流测速发电机的工作原理：#one# ZYS-A系列永磁式直流测速发电机。ZYS系列永磁式直流测速发电机，用以测量旋转体的转速，亦可作速度讯号的传送器。在自动控制系统及计算解答装置中作为测量元件之用。本系列测速发电机在负载电阻为恒定值的情况下，其输出电压是转速的线性函数，正反方向的输出特性是对称的。安装方式为机座底脚式和端盖凸缘式两种。具有使用简便，精度高，重量轻，体积小等特点。用以测量旋转体的转速，亦可作速度讯号的传送器，在自动调节系统中作测速反馈元件用。安装方式为端盖凸缘式。 二、ZYS-A直流测速发电机的工作环境： ZYS-A型永磁直流测速发电机适用于一般正常工作环境。其测速范围可在0～1000转/分和0～2000转/分及0～3000转/分。一般使用于海拔超过1000米，周围冷空气不超过+40℃时可连续工作。 三、ZYS-A系列永磁式直流测速发电机特点： ZYS-A系列永磁式直流测速发电机，是由ZYS系列改型后的新产品。具有使用简便，精度高，重量轻，体积小等特点。用以测量旋转体的转速，亦可作速度讯号的传送器，在自动调节系统中作测速反馈元件用。 四、直流测速发电机的主要含义，400-001-2901 Z——表示改型 Y——表示序号 S——表示发电机 A——表示永磁测速额定功率 五、ZYS-A系列永磁式直流测速发电机技术参数： 1、ZYS－1A 55V 4.4瓦2000转 2、ZYS－3A 110V 22瓦2000转
3、ZYS－100A 100V 8瓦1000转 4、ZYS－6A 110V 22瓦3000转 5、ZYS－8A 60V 4.4瓦600转
直流测速发电机应用案例 有关直流测速发电机特点、应用、控制的研究 摘要： 直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两种。电磁式励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。 关键词： 直流测速发电机特点应用控制研究 0引言: 直流测速发电机是一种微型直流发电机，实质是一种转速测量传感器，将机械速度转变为电压信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件、校正元件等。在恒速控制系统中，测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速成正比的信号电压作为反馈信号，以调节速度。工作原理如图。 当被测装置带动发电机电枢旋转，电枢产生电动势Ea，其大小为 Ea=KEφn 发电机的输出电压为： U=Ea-RaIa=KEφn-RaIa 又：Ia=U/RL 故：U=(KEφ/1+ (Ra/RL))n 可见，当励磁电压Uf保持恒定时，φ亦恒定，若Ra、RL不变，输出电压U的大小与转速n成正比（U=k n）。对于不同的负载电阻RL，测速发电机输出特性的斜率有所不同，如图2。由于电机电枢反应，使输出电压与转速有一定的线性误差。RL越小、n越大，误差越大。因此，应使RL和n的大小符合直流测速发电机的技术要求，以确保控制系统的精度。
2012年4月30日 直流测速发电机的输出特性 图为直流测速发电机在恒速控制系统中的应用图。其中，直流伺服电动机S M拖动机械负载，要求负载转矩变动时，系统转速不变。SM同轴连接直流测速发电机TG，将TG输出电压送入系统的输入端作为反馈电压Uf，且Uf与给定电压 恒速控制系统原理图 1直流测速发电机特点： 自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。据此，直流测速发电机在电气性能方面具有以下几项特点： 3.1输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性； 3.2温度变化对输出特性的影响要小； 3.3输出特性的斜率要大； 3.4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； 3.5正，反转两个方向的输出特性要一致，实际应用中一般都是不一致的，稍有差别； 3.6体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通信的干扰小、噪声小等特点。 不难理解，第3项是为了提高测速发电机的灵敏度。因为输出特性斜率大，即是速度变化相对的电压变化大，这样，测速成机的输出对转速的变化很灵敏。 第1、2、4、5项是为了提高测速发电机的精度。因为只有输出电压和转速成线性关系，并且正、反转时
测速发电机工作原理: (一)、直流测速发电机工型式 1、永磁式其定子磁极由永久磁钢做成，没有激磁绕组。 2、电磁式其定子激磁绕组由外部电源供电，通电时产生磁场。 永磁式电机结构简单，省掉激磁电源，便于使用，并且，温度变化对激磁磁通的影响也小。但永磁材料价格较贵，帮常应用于小型测速成发电机中。 (二)、自动控制系统对直流测速发电机的要求 自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。据此，直流测速成发电机在电气性能方面应满足以下几项要求： 1、输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性； 2、温度变化对输出特性的影响要小； 3、输出特性的斜率要大； 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； 5、正，反转两个方向的输出特性要一致，实际应用中一般都是不一致的，稍有差别。 不难理解，第3项要求是为了提高测速成发电机的灵敏度。因为输出特性斜率大，即是速度变化相对的电压变化大，这样，测速成机
的输出对转速的变化很灵敏。第1、2、4、5项的要求是为了提高测速成发电机的精度。因为只有输出电压和转速成线性关系，并且正、反转时特性一致，温度变化对特性的影响越小，输出电压越稳定，则输出电压就越能精确地反映转速，这样才能对提高整个系统的精度有利。 (三)、直流测速发电机的误差及其减小的方法 1、温度影响： 电机周围环境温度的变化以及电机本身发热都会引起电机绕组电阻的变化。当温度升高时，激磁绕阻电阻增大，激磁电流减小，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。 处理方法：在激磁回路中串联一个阻值比激磁绕阻电阻大几倍的附加电阻来稳流，这样，尽管温度升高将引起激磁绕组电阻增大，但整个激磁回路的总电阻增加不多。附加电阻可以用温度系数较低的合金材料制成。 2、电枢反应： 测速运行时，其电枢绕组的电流产生电枢磁场，它对激磁绕组磁场有去磁效应。而且负载电阻越小或是转速越高，负载电流就越大，去磁作用就越明显，造成输出特性曲线非线性误差增加。 处理方法：为了减小电枢反应对输出特性的影响，在直流测速发电机的技术条件中标有最大转速和最小负载电阻值。在使用时，转速
实验一永磁式直流测速发电机 测速发电机是一种测量转速信号的元件，它将输入的机械转速变换为电压信号输出，且输出电压与转速成正比。在自动控制系统中用作测量元件和反馈元件，用以测量转速或调节和稳定转速。 测速发电机有交、直流两大类，交流测速发电机有异步和同步之分，直流测速发电机根据励磁方式不同，又可分为永磁式和他励磁式之分，本书使用的是永磁式直流测速发电机。 一、实验方法 2、按图1-1接线。图中直流电机M选用DJ25作他励接法，永磁式直流测速发电机为HK10，R f1选用900Ω阻值，R Z选用10KΩ/2W电阻，把R f1调至最大，电压表选择直流电压表的20V 档，S选择控制屏上的开关并断开。 图1-1 直流测速发电机接线图
3、先接通励磁电源，再接通电枢电源，并将电枢电源调至220V ，使电动机运行，调节励磁电阻R f1使转速达2400 r/min ，然后减小励磁电阻R f1和电枢电源输出电压逐渐使电机减速，每300 r/min 记录对应的转速和输出电压。 4、共测取8~9组，记录于表1-1中。 5、合上双刀双掷开关S ，重复上面步骤，记录8~9组数据于表1-2中。 二、实验报告 1、由： 得： 式中： R a ――电枢回路总电枢 R z ――负载电阻 E 0=C e Φn――电枢总电势 2、作出U=f(n)曲线。 a a a R Rz U E R I E U -=-=00n R R C R R E U z a e z a + =+=110φ
三、思考题 1、直流测速发电机的误差主要由哪些因素造成？ 2、在自动控制系统中主要起什么作用？
第2章直流测速发电机 1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd 中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。 2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如何? 答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。 当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值? 答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。而且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。同样可以证明ea∝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，使输出特性呈现非线性。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。为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。 第三章 1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定? 答;直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势（当?=常数时） 根据转矩平衡方程式，当负载转矩不变时，电磁转矩不变；加上励磁电流If不变，磁通Φ不变，所以电枢电流Ia也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。 3. 一台他励直流电动机，如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变，而仅仅提高电枢端电压，试问电枢电流、转速变化怎样? 答：答：当直流伺服电动机负载转矩、励磁电流不变时，仅将电枢电压增大，此时由于惯性，转速来不及变化，Ea=Ceφn，感应电势不变，电枢电压增大，由电压平衡方程式：Ia=（Ua-Ea）/Ra=（Ua-Ceφn）/Ra可知，电枢电流Ia突然增大；又T=CTφIa，电磁转矩增大；此时，电磁转矩大于负载转矩，由T=TL+Tj=TL+JdΩ/dt知道，电机加速；随着转速n的增加，感应电势Ea增加，为保持电压平衡，电枢电流Ia将减少，电磁转矩T也将减少，
直流测速发电机 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
第二章直流测速发电机 Chapter two DC Tachogenerator 直流电机基本结构和工作原理 （The Basic Structure and Operation Principle of a DC Machine）
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（EMF and MMF of DC machine ） 电势：n a pN n C E e a φφ60= = 电磁转矩：a a T I a pN I C T φπφ2== 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(DC Tachogenerator)
PRINCIPLE OF OPERATION : The DC Tachogenerator is a speed transducer, which develops DC voltage proportional to speed of the motor connected to it. Permanent Magnetic field eliminates the need of external excitation and offers extremely reliable and stable outputs. The accuracy of the tachogenerator decides the maximum accuracy of speed of the controlled machine. They are widely used for feedback and display purposes. 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 a a a a R I E U -= L a a R U I = a L a a a R R U E U - =
直流测速发电机的工作原理 直流测速发电机的工作原理 在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。显然输出电压与转速成正比。 2.误差分析 直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：（1）电枢反应 直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显着，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。 （2）温度的影响 假如直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。 可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。 （3）接触电阻 假如电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。
另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。 交流测速发电机 交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。 1.交流异步测速发电机工作原理 交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。 空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90?电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。 空心杯转子异步测速发电机原理 当定子励磁绕组外接频率为f的恒压交流电源u，励磁绕组中有电流i流过，在直轴（即轴）上产生以频率f脉振的磁通。 在转子不动时，脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场，在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中感应产生旋转电势，其大小正比于转子转速，并以励磁磁场的脉振频率交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势在杯型转子中产生交流短路电流，若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么此短路电流所产生的脉振磁通在空间位置上与输出绕组的轴线一致，因此转子脉振磁场与输出绕组相交链而产生感应电势。输出绕组感应产生的电势实际就是交流异步测速发电机输出的空载电压，其大小正比于转速，其频率为励磁电源的频率。