自动控制元件哈工大出版第十章课件测速发电机.ppt

1,第10章 测速发电机,20112012学年第1学期,2,掌握测速发电机概念,结构、分类和作用等概念；了解直流测速发电机、交流测速发电机工作原理；理解直流、交流测速发电机输出特性的区别；了解直流和交流输出特性产生误差的原因；了解测速发电机的动态特性。,一、教学要求：,本章教学:,二、教学时间安排：2学时,3,绪论第一节 直流测速发电机第二节 交流测速发电机 本章重点：直、交流测速发电机的输出特性；本章难点：交流测速发电机的工作原理。,三、教学主要内容：,四、教学过程：,本章教学:,4,专门测量转速用的微型直流发电机。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。,1 直流测速发电机的结构,5,2 基本关系式与输出特性,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。,6,空载输出特性,负载时的静态特性,输出电压与转速是线性关系。,2 基本关系式与输出特性,输出斜率或灵敏度。,7,2 基本关系式与输出特性,负载时的动态特性,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1/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。,8,1）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。,3 输出特性的误差分析,电枢反应,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。,9,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。,3 输出特性的误差分析,延迟换向去磁,10,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。,电刷与换向器的接触电阻与接触电压,3 输出特性的误差分析,11,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。,电刷与换向器的接触电阻与接触电压,3 输出特性的误差分析,接触电阻对输出特性的影响：,12,纹波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。,3 输出特性的误差分析,纹波,13,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。,3 输出特性的误差分析,火花和电磁干扰,14,异步测速发电机的结构有鼠笼转子和杯形转子两种。杯形转子精度高，应用广。空心杯转子测速发电机的转子是一个薄壁非磁性空心杯。定子上嵌有在空间相差90电角的两相绕组（激磁绕组和输出绕组）。通常为四极电机。,1 结构,15,激磁绕组 加交流电压激磁，产生脉振磁通，与 轴线一致，为直轴方向。,转子转动，转子切割直轴磁通产生旋转电势。频率同激磁电压f，大小为,2 工作原理,转子不动时，直轴脉振磁通在转 子中感应出变压器电势。气隙中的磁通是直轴磁通，与输出绕组没有相交，输出绕组中感应电势和输出电压为零。,16,电势Er在转子杯中产生短路电流I2，频率为f，大小正比于 和转速。Er产生的磁通频率为f，方向为交轴方向，大小与电流 和转速成正比。该磁通在输出绕组中感应出频率为f 的变压器电势，大小为,2 工作原理,异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小正比于转速。转向改变时输出电势的相位也跟着改变。,17,与直流测速发电机比较,优点,（1）没有电刷和换向器，构造简单，维护容易，运行可靠；（2）无滑动接触，输出特性稳定，精度高；（3）摩擦力矩小，惯性小；（无刷，空心杯）（4）不产生干扰火花。,缺点,（1）存在剩余电压和相位误差；（2）输出斜率小；（3）输出特性随负载性质（电阻，电容，电感）变化。,18,设传感器每转产生的脉冲数为P，在检测时间段 Tg(s）内测得的脉冲数为m1，则转速n为,1 M法测速,由规定的检测时间内传感器的脉冲数m1计算速度。,三 由位移传感器的脉冲信号求转速,以光电增量码盘为代表的角位移传感器的输出信号是方波脉冲信号，脉冲的个数与角位移成正比。由此类脉冲信号求速度有下述三种方法。,r/min,19,提高P和Tg，可提高分辨率。,1 M法测速,当脉冲数增加1时，转速的变化就是M法的分辨率，记为Q（r/min），,若以分辨率Q作为转速测量值的误差n，则误差n与转速n无关，但相对误差n/n与转速成反比。高速时相对误差小。,三 由位移传感器的脉冲信号求转速,20,用频率为fc的时钟脉冲向计数器发送脉冲。用传感器两个相邻脉冲控制计数的起始和终止。设计数器在T时间内读到的时钟脉冲个数是m2，则T=m2/fc(s)，T时间内转动1/P转，故转速为,2 T法测速,由传感器两个脉冲相隔的时间T来确定转速。,r/min,三 由位移传感器的脉冲信号求转速,21,2 T法测速,当时钟脉冲的计数m2改变1时，对应的转速的变化就是分辨率Q（r/min），有,T法在低速时有较高的分辨率和精度.,n越小，Q越小，转速越低，分辨率越高。,三 由位移传感器的脉冲信号求转速,22,Tg为规定的检测时间。Tg之后传感器的第1个脉冲终止时钟脉冲计数。实际检测时间T由时钟脉冲数m2确定。m1为检测时间T内传感器脉冲个数，没有误差。可知，,m1无误差，m2误差为1，分辨率Q为：,3 M/T法检测,r/min,三 由位移传感器的脉冲信号求转速,23,3 M/T法检测,三 由位移传感器的脉冲信号求转速,