《控制電機(jī)》配套PPT課件及習(xí)題答案

《控制電機(jī)》配套PPT課件及習(xí)題答案,控制電機(jī),控制,電機(jī),配套,PPT,課件,習(xí)題,答案 第第5章章 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)5.1 概述概述5.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)5.3 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)5.4 測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇及應(yīng)用舉例測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇及應(yīng)用舉例測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓能表征轉(zhuǎn)速，因而可用來測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速；測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間的微分，在解算裝置中可以把它作為微分或積分元件微分或積分元件。按結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，測(cè)速發(fā)電機(jī)分為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、感應(yīng)測(cè)速感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)和同步測(cè)速發(fā)電機(jī)同步測(cè)速發(fā)電機(jī)，近年來還有采用新原理、新結(jié)構(gòu)研制的霍爾效應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本要求是：輸出電壓應(yīng)與轉(zhuǎn)速成正比且比例系數(shù)要大；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。此外，還要求它對(duì)無線電通訊干擾小、噪聲低、工作可靠等。測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的機(jī)電式元件。它的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，即5.1概述概述或5.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式不同，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)可分為電磁式和永磁式兩大類。其結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流發(fā)電機(jī)基本相同。圖5-1 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)原理電路5.2.1 輸出特性輸出特性當(dāng)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速為n，且勵(lì)磁磁通恒定不變時(shí)，電樞電動(dòng)勢(shì)為輸出特性是指輸出電壓Ua與輸入轉(zhuǎn)速n 之間的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)接負(fù)載時(shí)，電壓平衡方程式為 可以看出，只要保持 不變，Ua與n之間就成正比關(guān)系。當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，將使輸出特性斜率發(fā)生變化。5.2.1 輸出特性輸出特性由于負(fù)載電流 ，可得圖5-2 不同負(fù)載時(shí)的理想輸出特性 改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，Ua的極性隨之改變。5.2.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法在實(shí)際運(yùn)行中，Uan之間并不能嚴(yán)格地保持正比關(guān)系，即存在誤差?，F(xiàn)在分析產(chǎn)生誤差的主要原因和解決方法。1.電樞反應(yīng)的影響電樞反應(yīng)的影響當(dāng)發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞中有電流Ia通過，故產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)。電樞磁場(chǎng)的大小與電樞電流Ia有關(guān)，方向與勵(lì)磁磁場(chǎng)正交。由于電樞磁場(chǎng)的存在，使氣隙中的合成磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變，這種作用稱為電樞反應(yīng)。為了減小電樞反應(yīng)對(duì)輸出特性的影響，在直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的技術(shù)條件中標(biāo)有最高轉(zhuǎn)速和最小負(fù)載電阻。磁路飽和時(shí)，電樞反應(yīng)有去磁效應(yīng)。負(fù)載電阻越小或轉(zhuǎn)速越高，去磁效應(yīng)越強(qiáng)。圖5-5 電樞反應(yīng)對(duì)輸出特性的影響 2.延遲換向的影響延遲換向的影響換向元件中總電動(dòng)勢(shì)為 。eK阻礙電流變化，使換向延遲，稱延遲換向。由于換向元件被電刷短路，eK在換向元件中產(chǎn)生與其方向一致的附加電流iK，iK產(chǎn)生磁通 ,對(duì)主磁通起去磁作用。5.2.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法圖5-6 換向元件中的電動(dòng)勢(shì)方向分析表明 ，因此 。通常采用限制最高轉(zhuǎn)速的措施來減小延遲換向去磁效應(yīng)的影響。3.溫度的影響溫度的影響在應(yīng)用中，發(fā)電機(jī)本身會(huì)發(fā)熱，而且環(huán)境溫度也是變化的。導(dǎo)致勵(lì)磁繞組電阻變化，將引起勵(lì)磁電流和磁通的變化，使輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間不再是嚴(yán)格的線性關(guān)系。解決方法：解決方法：勵(lì)磁回路串聯(lián)熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。勵(lì)磁回路串聯(lián)阻值較大、溫度系數(shù)很小的附加電阻R。將磁路設(shè)計(jì)得比較飽和。圖5-7 勵(lì)磁繞組補(bǔ)償電路5.2.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法 4.紋波的影響紋波的影響根據(jù) ，當(dāng) 為定值時(shí)，電刷兩端輸出不隨時(shí)間變化的直流電動(dòng)勢(shì)。實(shí)際的電機(jī)輸出電動(dòng)勢(shì)總是帶有微弱的脈動(dòng)，通常把這種脈動(dòng)稱為紋波紋波。紋波的大小和頻率與電樞繞組的元件數(shù)有關(guān)，元件數(shù)越多，其脈動(dòng)的頻率越高，幅值越小。紋波電壓的存在對(duì)于測(cè)速發(fā)電機(jī)是不利的，當(dāng)用于轉(zhuǎn)速控制或阻尼元件時(shí)，對(duì)紋波電壓的要求較高，而在高精度的解算裝置中則要求更高。紋波系數(shù)紋波系數(shù)是指在一定轉(zhuǎn)速下，輸出電壓中交變分量的有效值與直流分量之比。目前國(guó)產(chǎn)測(cè)速發(fā)電機(jī)已做到紋波系數(shù)小于1%，國(guó)外高水平測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波系數(shù)已降到0.1%以下。5.2.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法5.電刷接觸壓降對(duì)輸出特性的影響電刷接觸壓降對(duì)輸出特性的影響考慮到電刷接觸電壓的影響，輸出特性的方程式可改寫為即 的的變變化化規(guī)規(guī)律律 圖5-8 電刷接觸電壓 圖5-9 考慮電刷接觸壓降后 的輸出特性接觸電壓的影響接觸電壓的影響 導(dǎo)致輸出特性存在不靈敏區(qū)。減小影響措施減小影響措施 采用接觸壓降小的電刷。5.2.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小方法在圖5-10中，B點(diǎn)為 時(shí)實(shí)際輸出特性的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。一般 為1%2%，對(duì)于較精密系統(tǒng)要求 為0.1%0.25%。5.2.3 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)1.線性誤差線性誤差2.它是在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，實(shí)際輸出特性曲線與過OB的線性輸出特性之間的最大差值 與最高線性轉(zhuǎn)速 在線性特性曲線上對(duì)應(yīng)的電壓 之比。圖5-10 線性誤差2.靈敏度靈敏度靈敏度也稱輸出斜率，是指在額定勵(lì)磁電壓下，轉(zhuǎn)速為1000 rmin時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓。一般直流測(cè)速發(fā)電機(jī)空載時(shí)可達(dá) 。測(cè)速發(fā)電機(jī)作為阻尼元件使用時(shí)，靈敏度是其重要的性能指標(biāo)。3.最高線性工作轉(zhuǎn)速最高線性工作轉(zhuǎn)速 和最小負(fù)載電阻和最小負(fù)載電阻是保證測(cè)速發(fā)電機(jī)工作在允許的線性誤差范圍內(nèi)的兩個(gè)使用條件。4.不靈敏區(qū)不靈敏區(qū)由電刷接觸壓 降而導(dǎo)致輸出特性斜率顯著下降(幾乎為零)的轉(zhuǎn)速范圍。該性能指標(biāo)在超低速控制系統(tǒng)中是重要的。5.2.3 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)5.輸出電壓的不對(duì)稱度輸出電壓的不對(duì)稱度指在相同轉(zhuǎn)速下，測(cè)速發(fā)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓絕對(duì)值之差 與兩者平均值 之比，即 輸出電壓不對(duì)稱是電刷不在幾何中性線上或剩余磁通存在造成的。一般在0.35%2%范圍內(nèi)，對(duì)要求正、反轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)需考慮該指標(biāo)。6.紋波系數(shù)紋波系數(shù)測(cè)速發(fā)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，輸出電壓中交流分量的有效值與直流分量之比。目前可做到 1%，高精度速度伺服系統(tǒng)對(duì)該指標(biāo)的要求較高。主要性能指標(biāo)是選擇直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的依據(jù)。5.2.3 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)5.3 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)分為同步測(cè)速發(fā)電機(jī)和感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。同步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子輸出繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和頻率都隨轉(zhuǎn)速n的變化而變化，不宜用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。5.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的定子上有兩相正交繞組，其中一相接電源勵(lì)磁，另一相則用作輸出電壓信號(hào)。圖5-11 杯形轉(zhuǎn)子感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子有鼠籠式和非磁性空心杯式兩種。鼠籠轉(zhuǎn)子感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但性能較差；空心杯形轉(zhuǎn)子感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)性能好，是目前應(yīng)用最廣泛的一種交流測(cè)速發(fā)電機(jī)。5.3.2 工作原理工作原理定子 為勵(lì)磁繞組，為正交的輸出繞組。轉(zhuǎn)子為非磁空心杯，杯壁可看成是無數(shù)條鼠籠導(dǎo)條緊密靠在一起排列而成。n=0時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓U2=0圖5-12 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理當(dāng)忽略勵(lì)磁繞組的電阻和漏電抗時(shí)，即 一定時(shí)，也保持不變。由于 脈振軸線與輸出繞組 正交，不在 中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。也就是當(dāng) 時(shí)，輸出電壓 。時(shí)，其大小為忽略 中的漏阻抗壓降時(shí)，或 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n時(shí)，時(shí)，U2n當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割勵(lì)磁磁場(chǎng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，其大小為 5.3.2 工作原理工作原理 為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)頻率為f1。因?qū)l的電阻較大，其漏電抗 可以忽略，因而轉(zhuǎn)子電流 與電動(dòng)勢(shì) 相位相同。輸出電壓的頻率為勵(lì)磁電源頻率，有效值正比與轉(zhuǎn)速。輸出電壓的頻率為勵(lì)磁電源頻率，有效值正比與轉(zhuǎn)速。5.3.3 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性是指當(dāng)轉(zhuǎn)軸上有轉(zhuǎn)速信號(hào)n輸入時(shí)，定子輸出電壓的大小和相位隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系，分別稱為電壓幅值特性和電壓相位特性。1.電壓幅值特性電壓幅值特性電壓幅值特性是指當(dāng)勵(lì)磁電壓 和頻率 f1 為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓 與轉(zhuǎn)速 n 間的函數(shù)關(guān)系，即 。理想狀態(tài)下測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性為過原點(diǎn)的一條直線，實(shí)際特性由于各繞組漏阻抗和磁通等都有些變化，使輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)速不是嚴(yán)格的直線關(guān)系。圖5-13 電壓幅值特性2.電壓相位特性電壓相位特性電壓相位特性是指當(dāng)勵(lì)磁電壓 和頻率f 1為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓 與勵(lì)磁電壓 之間的相位差 與輸入轉(zhuǎn)速n間的函數(shù)關(guān)系，即 。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，希望測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓和勵(lì)磁電壓相位相同。實(shí)際上，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓和勵(lì)磁電壓之間總是存在著相位移，并且相位移的大小隨著轉(zhuǎn)速的改變而變化。圖5-14 電壓相位特性5.3.3 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析1.線性誤差及分析線性誤差及分析 線性誤差的定義線性誤差的定義圖 5-15 線性誤差 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)用作阻尼元件時(shí)，對(duì)線性誤差的要求約為千分之幾到百分之幾；作為解算元件時(shí)，約為萬分之幾到千分之幾。目前高精度感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)線性誤差為0.05%左右。b點(diǎn) 線性誤差產(chǎn)生的原因線性誤差產(chǎn)生的原因（a）勵(lì)磁繞組的漏阻抗勵(lì)磁繞組的漏阻抗 的影響的影響?？紤] 之后勵(lì)磁繞組的電壓平衡方程式為轉(zhuǎn)速n變化轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流 變化勵(lì)磁電流 變化 變化磁通 變化。（b）轉(zhuǎn)子繞組漏抗）轉(zhuǎn)子繞組漏抗 引起的直軸去磁效應(yīng)引起的直軸去磁效應(yīng)。忽略漏電抗 時(shí)，磁通 與 在空間上正交。當(dāng)考慮 時(shí)，電流 將在時(shí)間相位上落后 一個(gè)角度 。電流 所產(chǎn)生的磁通 在空間與 不正交，可將其分解成交軸分量 和直軸 分量。與 是反方向的，起去磁作用。圖5-16 轉(zhuǎn)子漏電抗 對(duì) 的影響5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析（c）交軸磁通）交軸磁通 在直軸上的去磁效應(yīng)在直軸上的去磁效應(yīng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割交軸磁通 ，產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì) 和電流 ，產(chǎn)生的磁通 在直軸上，方向與 相反，其作用是去磁的。為了減小線性誤差，應(yīng)盡可能地減小勵(lì)磁繞組的漏阻抗 ，并采用高電阻率材料制成非磁性杯形轉(zhuǎn)子，最大限度地減小轉(zhuǎn)子漏電抗 。圖5-17 交軸磁通 對(duì) 的影響5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析2.相位誤差及分析相位誤差及分析 輸出相位移和相位誤差輸出相位移和相位誤差輸出相位移輸出相位移 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓 與勵(lì)磁電壓 之間的相位差，稱為感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出相位移 。由于輸出相位移 隨轉(zhuǎn)速的改變而變化，所以國(guó)標(biāo)規(guī)定，在額定勵(lì)磁電壓條件下，電機(jī)以補(bǔ)償點(diǎn)b的轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓的基波分量與勵(lì)磁電壓的基波分量之相位差 作為感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出相位移。一般相位移為530。相位誤差相位誤差 在額定勵(lì)磁電壓條件下，電機(jī)在最大線性工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出電壓基波分量相位隨轉(zhuǎn)速的變化值 稱作相位誤差。一般相位誤差為0.51。圖5-14 電壓相位特性5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析 相移角 ,不隨轉(zhuǎn)速而變稱為固定相位移，是可以通過在勵(lì)磁繞組中串入適當(dāng)?shù)碾娙輥砑右匝a(bǔ)償?shù)?。隨轉(zhuǎn)速而變，稱為相位誤差。相位誤差難以補(bǔ)償。輸出相位移和相位誤差產(chǎn)生的原因輸出相位移和相位誤差產(chǎn)生的原因（a）轉(zhuǎn)子漏電抗的影響 角，它的大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)。（b）勵(lì)磁繞組漏阻抗的影響 角，它的大小與轉(zhuǎn)速有關(guān)。圖5-18 電壓相量圖5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析 固定相位移的補(bǔ)償固定相位移的補(bǔ)償在勵(lì)磁繞組中串入適當(dāng)?shù)碾娙軨，調(diào)節(jié)C的大小即可改變 的大小和相位，從而使 和 同相位。圖5-19勵(lì)磁回路串接的電容補(bǔ)償 圖5-20 固定相位移補(bǔ)償相量圖5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析3.剩余電壓剩余電壓剩余電壓是指感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)在勵(lì)磁繞組接額定勵(lì)磁電壓，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)輸出繞組中所產(chǎn)生的電壓。剩余電壓產(chǎn)生的原因剩余電壓產(chǎn)生的原因主要由兩部分組成，一部分是固定分量，其大小與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)；另一部分是交變分量，其值與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置變化時(shí)，其值作周期性變化。圖5-21 剩余電壓的固定分量和交變分量 5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析(a)固定分量固定分量固定分量產(chǎn)生的原因主要是兩相繞組不正交、磁路不對(duì)稱、繞組匝間短路、鐵心片間短路以及繞組端部電磁耦合等。圖5-22 兩繞組不正交 圖5-23 氣隙不均勻5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析(b)交變分量交變分量產(chǎn)生交變分量的原因主要是由于轉(zhuǎn)子電的不對(duì)稱性所引起的。如轉(zhuǎn)子杯材料不均勻材料不均勻，杯壁厚度不一致杯壁厚度不一致等。實(shí)際上非對(duì)稱轉(zhuǎn)子作用相當(dāng)于一個(gè)對(duì)稱轉(zhuǎn)子加上一個(gè)短路環(huán)的作用。對(duì)稱轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生剩余電壓，而短路環(huán)會(huì)引起剩余電壓。當(dāng)電機(jī)是四極時(shí)，由于轉(zhuǎn)子和磁路的非對(duì)稱性所引起的剩余電壓可減到最小。圖5-24 剩余電壓的交變分量 圖5-25 四極電機(jī)的剩余電壓5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析(2)剩余電壓對(duì)系統(tǒng)的影響剩余電壓對(duì)系統(tǒng)的影響剩余電壓 的相位與勵(lì)磁電壓 的相位也是不同的，可將 分解為兩個(gè)分量：一個(gè)相位與 相同的稱為同相分量 ；另一個(gè)相位與 成90的稱為正交分量 。剩余電壓的同相分量將使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作而引起系統(tǒng)的誤差，正交分量會(huì)使放大器飽和及伺服電動(dòng)機(jī)溫升增高。由于導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率不均勻、電機(jī)磁路飽和等原因，在剩余電壓中還會(huì)出現(xiàn)高于電源頻率的高次諧波分量，它也會(huì)使放大器飽和及伺服電動(dòng)機(jī)溫升增高。圖5-26 剩余電壓的同相和正交分量 5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析 降低剩余電壓的措施降低剩余電壓的措施（a）將輸出繞組與勵(lì)磁繞組分開，分別嵌在內(nèi)、外定子的鐵心上，此時(shí)內(nèi)定子應(yīng)做成相對(duì)于外定子能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的。圖5-29 轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)定子消除剩余電壓5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析（b）用補(bǔ)償繞組來消除剩余電壓）用補(bǔ)償繞組來消除剩余電壓采用補(bǔ)償繞組消除剩余電壓（a）結(jié)構(gòu)原理圖 （b）線路圖 圖5-30 采用補(bǔ)償繞組消除剩余電壓5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析串聯(lián)移相電壓補(bǔ)償和磁通補(bǔ)償圖5-31 串聯(lián)移相電壓補(bǔ)償 圖5-32 磁通補(bǔ)償5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析（c）外接補(bǔ)償裝置）外接補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的附加電壓，大小接近于剩余電壓的固定分量，而相位相反。阻容電橋補(bǔ)償時(shí)，調(diào)節(jié)圖中 的大小可以改變附加電壓的大小；調(diào)節(jié)電阻 的大小可以改變附加電壓的相位，以達(dá)到完全補(bǔ)償剩余電壓的目的。圖5-33 阻容電橋補(bǔ)償 應(yīng)該注意的是剩余電壓中的交變分量是難以用補(bǔ)償法把它除去的，只得依靠改善轉(zhuǎn)子材料性能和提高轉(zhuǎn)子杯加工精度來減小它，對(duì)于已制成的電機(jī)可以將轉(zhuǎn)子杯進(jìn)行修刮，使剩余電壓波動(dòng)分量減小到容許的范圍。目前感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)剩余電壓可以做到小于10mV，一般的約為十幾毫伏到幾十毫伏。5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析4.輸出斜率輸出斜率輸出斜率是在額定勵(lì)磁電壓下，轉(zhuǎn)速為1000 rmin時(shí)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓。輸出斜率越大，測(cè)速發(fā)電機(jī)的靈敏度就越高。與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)相比，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出斜率比較小，一般為（0.55）V。圖5-34 輸出斜率5.3.4 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及誤差分析5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用1.負(fù)載的影響及補(bǔ)救措施負(fù)載的影響及補(bǔ)救措施我們希望測(cè)速發(fā)電機(jī)在正常工作時(shí)，輸出電壓僅為轉(zhuǎn)速n的函數(shù)，不受負(fù)載的影響。但實(shí)際上，輸出電壓的大小和相位不僅與負(fù)載的大小有關(guān)，而且還與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。圖5-35 輸出回路等效電路假定輸出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 不變，根據(jù)等效電路可得：輸出電壓與負(fù)載阻抗的大小和性質(zhì)有關(guān)。將 代入式 并整理得，為 滯后于 的角度。純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載 將為 落后于 的相位角。相位移為負(fù)載電阻變化時(shí)，輸出電壓和相位移的變化規(guī)律如圖 5-36和5-37所示。5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用 純電純電感感負(fù)載負(fù)載將 代入式 并整理得5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用相位移為 當(dāng)負(fù)載電感變化時(shí)，輸出電壓和相位移的變化規(guī)律如圖 5-36和5-37所示。當(dāng)負(fù)載感抗很小時(shí)，輸出電壓和相位移都很小，而相位移還可能為負(fù)值，使輸出電壓的相位超前于勵(lì)磁電壓。把 代入 并整理 純電純電容容負(fù)載負(fù)載得相位移為5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用接純電容負(fù)載時(shí)輸出電壓和相位移將按如下的規(guī)律變化：負(fù)載容抗 很大時(shí)，趨向 ，趨向 。隨著負(fù)載容抗 的減小，輸出電壓 和輸出相位移 都將隨著增大。可得，輸出電壓 達(dá)到最大值。負(fù)載容抗 時(shí)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，輸出電壓 ，在此點(diǎn) 不連續(xù)。負(fù)載容抗 時(shí)，輸出回路呈感性。隨著負(fù)載容抗的減小，輸出電壓 也減小，而輸出相位移 卻隨著增大。負(fù)載電容變化時(shí)，輸出電壓和相位移的變化規(guī)律如圖 5-36和5-37所示。5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用綜上所述，可得如下結(jié)論：當(dāng)感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定，且負(fù)載阻抗足夠大時(shí)，即使負(fù)載阻抗在較大范圍內(nèi)變化，輸出電壓和輸出相位移也都幾乎不變。對(duì)于純電阻負(fù)載和純電容負(fù)載，當(dāng)負(fù)載阻抗改變時(shí)引起輸出電壓大小變化的趨勢(shì)是相反的。因此，輸出繞組接電阻-電容負(fù)載時(shí)，阻抗值改變對(duì)輸出電壓的影響是互相補(bǔ)償?shù)?，有可能在調(diào)整阻抗時(shí)，輸出電壓的大小幾乎不受負(fù)載變化的影響。但它不能補(bǔ)償輸出電壓相位移的偏差，因?yàn)榧冸娮柝?fù)載和純電容負(fù)載對(duì)輸出電壓相位移的影響是一致的。為了補(bǔ)償輸出電壓相位移的改變，可選用電阻-電感負(fù)載。此時(shí)二者對(duì)輸出電壓相位移的影響正好互相補(bǔ)償，但對(duì)輸出電壓大小的變動(dòng)卻不能進(jìn)行補(bǔ)償。5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用 2.勵(lì)磁電源的影響勵(lì)磁電源的影響感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)勵(lì)磁電源的穩(wěn)定度、失真度要求是比較高的，特別是解算用的測(cè)速發(fā)電機(jī)，要求勵(lì)磁電源的幅值、頻率都很穩(wěn)定，電源內(nèi)阻及電源與測(cè)速發(fā)電機(jī)之間聯(lián)線的阻抗也應(yīng)盡量小。電源電壓幅值不穩(wěn)定，會(huì)直接引起輸出特性的線性和相位誤差，而頻率的變化會(huì)影響感抗和容抗的值，因而也會(huì)引起輸出特性的線性和相位誤差。如對(duì)于400Hz的感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)來說，在任何轉(zhuǎn)速下，頻率每變化1Hz，輸出電壓約變化0.03%。另外，波形失真度較大的電源，會(huì)引起輸出電壓中高次諧波分量過大。所以在精密系統(tǒng)中勵(lì)磁繞組一般采用單獨(dú)電源供電，以保持電源電壓和頻率的穩(wěn)定。5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用3.移相問題移相問題在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，往往希望輸出電壓與勵(lì)磁電壓相位相同，因而要進(jìn)行移相。移相可以在勵(lì)磁回路中進(jìn)行，也可以在輸出回路中進(jìn)行，或者在兩回路中同時(shí)進(jìn)行。勵(lì)磁回路串聯(lián)移相電容移相勵(lì)磁回路串聯(lián)移相電容移相 電容值可用實(shí)驗(yàn)辦法確定。應(yīng)注意的是在勵(lì)磁回路中串上電容后，會(huì)對(duì)輸出斜率、線性誤差等特性產(chǎn)生影響。圖5-38 輸出回路移相輸出回路移相輸出回路移相 輸出繞組通過移相網(wǎng)絡(luò) 后再輸出電壓。圖中 就是移相電路，主要通過調(diào)節(jié) 和 的值來對(duì)輸出電壓 進(jìn)行移相。電阻 和 組成分壓器，改變 和 的阻值可調(diào)節(jié)輸出電壓 。5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用4.最大線性工作轉(zhuǎn)速最大線性工作轉(zhuǎn)速 在測(cè)速發(fā)電機(jī)的技術(shù)條件中還規(guī)定了最大線性工作轉(zhuǎn)速 ，它表示當(dāng)電機(jī)在轉(zhuǎn)速 的情況下工作時(shí)，其線性誤差不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。所以在使用中，若對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)線性度有一定要求時(shí)，電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速就不應(yīng)超出最大線性工作轉(zhuǎn)速。5.溫度對(duì)性能的影響溫度對(duì)性能的影響測(cè)速發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中自身發(fā)熱及電機(jī)所處的環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使定子繞組和轉(zhuǎn)子杯的電阻發(fā)生變化，同時(shí)溫度變化也會(huì)影響磁性材料的導(dǎo)磁性能，這都會(huì)對(duì)電機(jī)的性能產(chǎn)生影響。5.3.5 調(diào)整和使用調(diào)整和使用5.4 測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇及應(yīng)用舉例測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇及應(yīng)用舉例5.4.1 選用的基本原則選用的基本原則選用測(cè)速發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的頻率頻率、電壓、工作速度范圍電壓、工作速度范圍和在系在系統(tǒng)中所起的作用統(tǒng)中所起的作用來選。例如：作解算元件時(shí)考慮線性誤差要小、輸出電壓的穩(wěn)定性要好；作一般速度檢測(cè)或阻尼元件時(shí)靈敏度要高；對(duì)要求快速響應(yīng)的系統(tǒng)則應(yīng)選轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的測(cè)速發(fā)電機(jī)等。當(dāng)使用直流或交流測(cè)速發(fā)電機(jī)都能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，則需考慮到它們的優(yōu)缺點(diǎn)，全面權(quán)衡，合理選用。交流感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)交流感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)是：主要優(yōu)點(diǎn)是：不需要電刷和換向器，構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠；無滑動(dòng)接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高；摩擦力矩小，慣量??；不產(chǎn)生干擾無線電的火花；正、反轉(zhuǎn)輸出電壓對(duì)稱。主要缺點(diǎn)是：主要缺點(diǎn)是：存在相位誤差和剩余電壓；輸出斜率小；輸出特性隨負(fù)載性質(zhì)改變（電阻性、電感性、電容性）。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)不存在輸出電壓相位移；無剩余電壓；輸出功率較大，可帶較大負(fù)載；溫度補(bǔ)償也比較容易。因有電刷換向器，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，且摩擦轉(zhuǎn)矩較大，對(duì)無線電有干擾，存在不靈敏區(qū)。5.4 測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇及應(yīng)用舉例測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇及應(yīng)用舉例改變轉(zhuǎn)速n，只需調(diào)節(jié) 。5.4.2應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1.作速度測(cè)量元件作速度測(cè)量元件圖5-39是一個(gè)單閉環(huán)恒速控制系統(tǒng)。用直流測(cè)速機(jī)作速度檢測(cè)元件，使電機(jī)M恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5-39 恒速控制系統(tǒng) 接上測(cè)速機(jī)時(shí)：在 增加過程中，接近 時(shí)，就出現(xiàn) ，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使系統(tǒng)很快停留在 的位置上。系統(tǒng)框圖如圖5-40所示。不接測(cè)速機(jī)時(shí)：，當(dāng) 時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，使 （）縮??；當(dāng) 時(shí)，但由于慣性的作用，n并不為0，而是繼續(xù)向 增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；到出現(xiàn) 時(shí)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)距，并反轉(zhuǎn)。同樣，反轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)也能沖過頭，又出現(xiàn) （但差別比原來小)，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。2.作阻尼元件作阻尼元件圖5-40 測(cè)速發(fā)電機(jī)作阻尼元件，5.4.2應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 圖5-36 輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系 圖5-37 輸出相位移與負(fù)載的關(guān)系