第2章直流测速发电机

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1、1电机与拖动电机与拖动 22.1 直流发电机的工作原理和结构直流发电机的工作原理和结构 2.3 直流测速发电机及其输出特性直流测速发电机及其输出特性 2.2 直流电势的关系式直流电势的关系式 2.4 直流测速发电机误差及其减小的方法直流测速发电机误差及其减小的方法 2.5 直流测速发电机的应用直流测速发电机的应用2.6 直流测速发电机的性能指标直流测速发电机的性能指标 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 2.7 直流测速发电机的发展趋势直流测速发电机的发展趋势 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 3NSUNSU 线圈边中电流不改变方向，则平均线圈边中电流不改变方向，则平均 Te

2、 = 0。 abcddcba第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 4NSNSUU电刷电刷 线圈边切割磁力线会产生什么线圈边切割磁力线会产生什么？ 换向片换向片 abcddcba 由于电刷和换向器的作用，实现了电枢绕组电流的换由于电刷和换向器的作用，实现了电枢绕组电流的换向，从而产生方向不变的电磁转矩，使电动机连续转动。向，从而产生方向不变的电磁转矩，使电动机连续转动。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 5直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩(拖动转矩拖动转矩)换向换向 机械机械负载负载 旋转旋转 克克 服服 反电反电动势动势做功做功 电磁关系电磁关系第第2章章 直流测速发

3、电机直流测速发电机 6NSNSEEabcddcba由于电刷和换向器的作用，把电枢绕组内部的大小和由于电刷和换向器的作用，把电枢绕组内部的大小和方向均变化的交流电转换成外部方向不变的直流电。方向均变化的交流电转换成外部方向不变的直流电。线圈边在磁场中运动会产生什么线圈边在磁场中运动会产生什么？ 阻转矩阻转矩第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 7 电磁关系电磁关系 输出输出直流电直流电 换向换向 原动机原动机感应电动感应电动势和电流势和电流 电磁转矩电磁转矩 (阻转矩阻转矩) 做功做功 讨论：直流发电机电刷电势极性不变，但大小是否随时间变化？讨论：直流发电机电刷电势极性不变，但大小是否随时间

4、变化？第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 8 气隙磁场的分布波形及线圈电动势波形气隙磁场的分布波形及线圈电动势波形 0b t 2 3 A X 0eXA t NS0AX +e0e t e = Bv l 磁极轴线磁极轴线几何中性线几何中性线脉动电势脉动电势气隙磁通密度气隙磁通密度导体感生电动势导体感生电动势电枢电势电枢电势第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 9 每极下有每极下有 3 个串联线圈时的电动势波形个串联线圈时的电动势波形 0 e t 2 3 可见，输出电势平均值变大，脉动相对来说变小。可见，输出电势平均值变大，脉动相对来说变小。结论：若电枢槽数增多，则电刷间串联的元件数增多，

5、输结论：若电枢槽数增多，则电刷间串联的元件数增多，输出电势的平均值将更大，脉动更小，就可得到大小和方向出电势的平均值将更大，脉动更小，就可得到大小和方向都不变的直流电势。都不变的直流电势。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 10 直流电机结构图直流电机结构图电枢绕组电枢绕组 主磁极主磁极电枢铁心电枢铁心 励磁绕组励磁绕组 机壳机壳 附加极绕组附加极绕组 换向器换向器 电刷电刷端盖端盖 风扇风扇 轴轴 端盖端盖 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 11直直流流电电机机定子定子转子转子（电枢）（电枢）定子铁芯定子铁芯励磁绕组励磁绕组电刷电刷机壳机壳端盖端盖主磁极主磁极电枢铁芯电枢铁芯电

6、枢绕组电枢绕组换向器换向器轴轴第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 12 (1) 定子铁芯定子铁芯(2) 励磁绕组励磁绕组(3) 电刷电刷(4) 机座机座(5) 端盖端盖 直流电机的定子直流电机的定子 主磁极主磁极 机座机座 主磁极铁心主磁极铁心 励磁励磁 绕组绕组 绝缘绝缘 框架框架 电枢铁心电枢铁心 螺栓螺栓 机座机座 主磁极主磁极 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 13 直流电机的定子直流电机的定子第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 14 直流电机的电刷直流电机的电刷 铜丝辫铜丝辫 压紧弹簧压紧弹簧 电刷电刷 刷握刷握 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 15(1

7、) 电枢铁心电枢铁心(2) 电枢绕组电枢绕组(3) 换向片换向片(4) 转轴转轴 直流电机的转子直流电机的转子 (a) 转子主体转子主体 (b) 电枢钢片电枢钢片 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 16 电机装配图电机装配图第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 17 单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、 复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。 是构成电枢绕组的基本是构成电枢绕组的基本 单元。单元。 电枢绕组的元件电枢绕组的元件 后端接后端接 上元件边上元件边 前端接前端接 下元件边下元件边 若电枢每槽上下层只有一个元

8、件边若电枢每槽上下层只有一个元件边，则整个绕组的元件数与槽数相等，则整个绕组的元件数与槽数相等第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 18 叠绕元件叠绕元件 波绕元件波绕元件 一对磁极在电枢表面所跨过的距离。一对磁极在电枢表面所跨过的距离。 =Z 2p 电枢总槽数电枢总槽数 极对数极对数 在前一个上在前一个上 。 N S1 234N SN S12k 元件边元件边 (有效边有效边) 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 19N S y1 第一节距（用所跨过的槽数来表示，必为整数第一节距（用所跨过的槽数来表示，必为整数 ）。）。每个元件的两个有效边在电枢表面所跨过的距离每个元件的两个有效边在

9、电枢表面所跨过的距离 y1= 为整距绕组；为整距绕组； y1 为长距绕组。为长距绕组。 y2 第二节距（用所跨过的槽数来表示第二节距（用所跨过的槽数来表示 ） 。同一换向片所串联的两个元件中，前一元件的下元件同一换向片所串联的两个元件中，前一元件的下元件边与后一元件的上元件边之间的距离边与后一元件的上元件边之间的距离 。 y 合成节距：合成节距： y = y1-y2相邻两串联元件的对应边之间的距离相邻两串联元件的对应边之间的距离 叠绕元件叠绕元件在电枢上的连接在电枢上的连接 1 234y1 y2 y y1 =Z 2p 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 20A B12345678A B1

10、 2 3 48 7 6 5A B123456787 6 5 A 1 2 3 B 4 8 NSNS1234567812345678第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 21A B812345676 5 4 3 7 8 1 2 A B 7 6 5 48 1 2 3ABA B123456781234567812345678NSNS第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 22 电动机电动机 发电机发电机 e e e e e e e e EA1 2 3 48 7 6 5BIa 结论：结论：单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路绕组的并联支路绕组的并联支

11、路对数对数a等于极等于极对数对数p 整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。 当电刷没有与外电路接通时，整个闭合绕组回路当电刷没有与外电路接通时，整个闭合绕组回路的总电动势之和等于零，电枢绕组不会产生回流。的总电动势之和等于零，电枢绕组不会产生回流。1 2 3 48 7 6 5ABIae e e e e e e e E第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 23 单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图单叠绕组的连接规律：所有的相邻元件依次串联，即后一单叠绕组的连接规律：所有的相邻元件依次串联，即后一元件的首端与前一元件的尾端相连，同时每一元件的出线元件的首端

12、与前一元件的尾端相连，同时每一元件的出线端依次连接到相邻的换向片上，最后形成一个闭合回路。端依次连接到相邻的换向片上，最后形成一个闭合回路。（1）将槽和元件边编号：）将槽和元件边编号：元件边的号码就用槽的号码，上元件边用所在槽的号码元件边的号码就用槽的号码，上元件边用所在槽的号码换向片与其相连的上层边取同一编号，下元件边用所在换向片与其相连的上层边取同一编号，下元件边用所在槽号加撇。槽号加撇。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 24NS1 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图 2p=2、槽数为、槽数为8Z = p = = y1 = y2 = y = 8

13、1 4 4 3 1 1 2 3 4 5 6 7 8 1123456781A B8 7 6A 2 3 4 B 5 1 e e ee e e电枢绕组的并联支路电枢绕组的并联支路 结论：结论： （1） 1、5号元件所处的位置号元件所处的位置磁通密度为零，元件没有感应磁通密度为零，元件没有感应电动势，电枢电动势，电枢A、B将将1、5短路；短路； （2）2、3、4号元件首尾串联，号元件首尾串联，每个元件的上元件边均在每个元件的上元件边均在N极极下，下元件边在下，下元件边在S极下，它们产极下，它们产生的电动势同方向串联，构成生的电动势同方向串联，构成并联上支路；并联上支路；（3 3）6 6、7 7、8 8

14、号元件首尾串联，号元件首尾串联，每个元件的上元件边均在每个元件的上元件边均在S S极下，极下，下元件边在下元件边在N N极下，它们产生的极下，它们产生的电动势同方向串联，构成并联电动势同方向串联，构成并联下支路；下支路； n第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 25 电刷的位置：应使俩电刷间获得最大电势输出电刷的位置：应使俩电刷间获得最大电势输出 电刷的中心线对电刷的中心线对 着磁极的中心线：着磁极的中心线： 电刷之间的电动电刷之间的电动 势最大。势最大。 被电刷短接的元被电刷短接的元 件电动势为零。件电动势为零。 电刷应放于主极轴线电刷应放于主极轴线下的换向片上下的换向片上 磁极中心线磁

15、极中心线 NS1 2 3 4 5 6 7 8 1123456781A Bn几何中性线几何中性线 8 7 6A 2 3 4 B 5 1 e e ee e e换向器上的几何中性线换向器上的几何中性线 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 26 实际电机模型实际电机模型 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 27 发电机的发电机的 UN ：指输出电压的额定值。：指输出电压的额定值。 电动机的电动机的 UN ：指输入电压的额定值。：指输入电压的额定值。 发电机的发电机的 IN ：指输出电流的额定值。：指输出电流的额定值。 电动机的电动机的 IN ：指输入电流的额定值。：指输入电流的额定值。 发

16、电机的发电机的 PN ：指输出电功率的额定值：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值：指输出机械功率的额定值(UN INN ) 。 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 28 额定状态额定状态 ： 指指 U、I、P、n 均为额定值的状态。均为额定值的状态。 满载状态满载状态 ： 指指 I = IN 的状态。的状态。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 29 B0 空载时电枢电流可忽略不计。空载时电枢电流可忽略不计。 空载磁场由主磁极的励磁磁空载磁场由主磁极的励磁磁 动势单独作用产生。动势单独作用产生。 空载时磁场轴线与磁极轴线空载时磁

17、场轴线与磁极轴线 相重合。相重合。 几何中性线：几何中性线： 相邻两主极之间的中心线。相邻两主极之间的中心线。 该处的径向磁通密度为零。该处的径向磁通密度为零。磁场轴线磁场轴线 磁极轴线磁极轴线 几何几何 中性线中性线 几何几何 中性线中性线 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 30(1) 产生产生 电枢旋转电枢旋转 n 磁磁 场场 (2) 大小大小l 每个导体：每个导体：二二.电动势电动势 ee E ex = Bxlv Bx 导体所在处的气隙磁密。导体所在处的气隙磁密。 l 导体的有效长度。导体的有效长度。 v 导体切割磁场线的线速度。导体切割磁场线的线速度。 8 7 6A 2 3 4

18、 B 5 1 e e ee e e第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 31= s n 2p 60设电枢总导体数为设电枢总导体数为 N，则每条支路的导体为则每条支路的导体为故故v = n D60= n2p 60E = ex 1 s= Bxlv 1 s= lv Bx1 s= lv sBav = l ns 2p 60 l = CE n 每极下的合成磁通每极下的合成磁通 N 2a s= n pN 60alex = Bxlv8 7 6A 2 3 4 B 5 1 e e ee e e第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 32 E = CE n CE 电动势常数：电动势常数：CE =pN60a单位

19、：单位：Wb单位：单位：r/min(V) (3) 方向：由方向：由 和和 n 共同决定。共同决定。(4) 一定时一定时 E = KE n KE 电势常数电势常数结论：结论：电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，因此直流发电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，因此直流发电机能够把转速信号转换成电势信号。电机能够把转速信号转换成电势信号。(5) (5) 性质：发电机为性质：发电机为电源电动势电源电动势； 电动机为电动机为反电动势反电动势。Ea和每极磁通量有关，而和磁场分布的形状无关。若分和每极磁通量有关，而和磁场分布的形状无关。若分布形状改变，而仍保持每极磁通不变，则每个元件的电动布形状改变，而仍

20、保持每极磁通不变，则每个元件的电动势大小有变化，但支路电动势的大小不变。势大小有变化，但支路电动势的大小不变。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 33 电枢电流电枢电流 ia 磁磁 场场 F Te 设电刷在几何中性线处，元件为整距。设电刷在几何中性线处，元件为整距。 (1) 同一极下每根导体受到的平均电磁力为同一极下每根导体受到的平均电磁力为 fav = Bavlia ia 导体中的电流导体中的电流 。 每根导体受到的平均电磁转矩为每根导体受到的平均电磁转矩为 Tav = fav = Bav lia D 2 D 2 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 34电枢直径为：电枢直径为：

21、电枢电流与支路电流的关系为：电枢电流与支路电流的关系为： 则则 D =2p ia =Ia 2a Te = NTav = N Bav lia D 2 = N l l Ia 2a p = IapN2 a (Nm) Te = CT Ia CT 转矩常数。转矩常数。 Tav = fav = Bav lia D 2 D 2 8 7 6A 2 3 4 B 5 1 e e ee e eIaia第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 35 方向：由方向：由 和和 Ia 共同决定。共同决定。 性质：发电机为性质：发电机为制动转矩制动转矩，Te 与与 n 方向相反。方向相反。 电动机为电动机为拖动转矩拖动转矩，

22、Te 与与 n 方向相同。方向相同。 CT = CE = 9.55 CE 602 ，CT = pN 2 a CE = pN 60a 因为因为 则则 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 36 直流测速发电机分直流测速发电机分永磁式永磁式和和他励式他励式两种。两种电机的两种。两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻电枢相同，工作时电枢接负载电阻RL。但永磁式的定子。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，因而没有励磁线圈；他励式有励使用永久磁铁产生磁场，因而没有励磁线圈；他励式有励磁线圈励磁，工作时励磁绕组加直流电压磁线圈励磁，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。励磁。他励式直流测速发电机接线图他

23、励式直流测速发电机接线图TGRLI2U2+Ra+EI1U1+永磁式直流测速发电机永磁式直流测速发电机 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 37第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 38第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 39ME(2) 带载后带载后电枢电路：电枢电路： Ua = Ea Ra Ia+UaIaIf+Uf(1) 空载时空载时Uao=Ea = CE nRLUa RL Ia = aaaaLUUERR整 理 得11aeaaaLLECUnRRRR第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 4011aeaaaLLECUnRRRRaUnonUaRL1RL2LR 第第2章章 直流测速

24、发电机直流测速发电机 41例例一台一台CYCY系列直流测速发电机，额定电枢电压为系列直流测速发电机，额定电枢电压为110V110V，额定转速为额定转速为1500r/min1500r/min，电机回路电阻为，电机回路电阻为50,50,负载负载电阻为电阻为10001000，求，求（1 1）电枢电动势；（）电枢电动势；（2 2）当转速）当转速为为10001000r/minr/min时的电枢电动势和输出电压。时的电枢电动势和输出电压。11aeaaaLLECUnRRRR(1)115.5aaNeNaNLRECnUVR(1)0.077aaNeLNRUCRn 解解0.077 100077aeECnV 73.3

25、31aaaLEUVRR第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 42ME+UaIaIf+UfRLTRfIfUa11aeaaaLLECUnRRRRRf的温升。的温升。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 43方法一：在励磁回路中串联一个比励磁绕方法一：在励磁回路中串联一个比励磁绕 组大几组大几 倍的附加电阻来稳定励磁电流，倍的附加电阻来稳定励磁电流，附加电阻采用温度系数较低的合成材料附加电阻采用温度系数较低的合成材料方法二：在励磁回路中串联负温度系数的热敏电阻并联网络方法二：在励磁回路中串联负温度系数的热敏电阻并联网络otRRf 随温度变化的曲线随温度变化的曲线并联电阻随温度的并联电阻随温度

26、的变化曲线变化曲线使两条曲线的斜率相等，励磁回路的总电阻就不随温度使两条曲线的斜率相等，励磁回路的总电阻就不随温度而变化，则励磁电流及励磁磁通也就不会随温度而变化而变化，则励磁电流及励磁磁通也就不会随温度而变化Rft第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 44 B0 空载时电枢电流可忽略不计。空载时电枢电流可忽略不计。 空载磁场由主磁极的励磁磁空载磁场由主磁极的励磁磁 动势单独作用产生。动势单独作用产生。 空载时磁场轴线与磁极轴线空载时磁场轴线与磁极轴线 相重合。相重合。 几何中性线：几何中性线： 相邻两主极之间的中心线。相邻两主极之间的中心线。 该处的径向磁通密度为零。该处的径向磁通密度为

27、零。磁场轴线磁场轴线 磁极轴线磁极轴线 几何几何 中性线中性线 几何几何 中性线中性线 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 45几何几何中性线中性线 直轴直轴d 交轴交轴q Fa 2 2 O x x Fa(x) Ba(x) NS第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 46 消耗在消耗在 x 点处每个气隙上的电枢磁动势为点处每个气隙上的电枢磁动势为 ia 导体的电流；导体的电流；N 电枢总导体数；电枢总导体数； Da 电枢的直径。电枢的直径。 Nia DaA = 电枢表面单位长度上的安培导体数，电枢表面单位长度上的安培导体数， 称为电枢的称为电枢的线负荷线负荷。2x DaFa(x) =

28、Nia1 2 = Ax 在几何中性线处在几何中性线处 (x = /2) 的电枢磁动势为的电枢磁动势为 Faq = A = Famax 1 2 x 2 2 2 2 O x x 三角波三角波第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 47 电枢磁场沿气隙的磁通密度分布为电枢磁场沿气隙的磁通密度分布为 等效气隙长度。等效气隙长度。 Ba(x) = 0Ha(x) Fa(x) (x) = 0Ax (x) = 0 负载时电机中磁场：负载时电机中磁场： 由励磁磁动势和电枢磁动势共同作用产生的。由励磁磁动势和电枢磁动势共同作用产生的。 电枢反应：电枢反应： 电枢磁动势对主极磁场的影响。电枢磁动势对主极磁场的影响

29、。 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 48 电枢磁场沿气隙的磁通密度分布为电枢磁场沿气隙的磁通密度分布为 等效气隙长度。等效气隙长度。 Ba(x) = 0Ha(x) Fa(x) (x) = 0Ax (x) = 0 x Fa(x) Ba(x) 马蹄形马蹄形第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 49 B0 磁场轴线磁场轴线 磁极轴线磁极轴线 几何几何 中性线中性线 几何几何 中性线中性线 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 50几何几何中性线中性线 直轴直轴d 交轴交轴q Fa 2 2 O x x Fa(x) Ba(x) NS第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 51 负载时

30、电机中磁场：负载时电机中磁场： 由励磁磁动势和电枢磁动势共同作用产生的。由励磁磁动势和电枢磁动势共同作用产生的。 电枢反应：电枢反应： 电枢磁动势对主极磁场的影响。电枢磁动势对主极磁场的影响。 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 52几何几何中性线中性线 直轴直轴d 交轴交轴q Fa NS电刷在几何中性线下的电刷在几何中性线下的 电枢反应电枢反应 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 53电刷在几何中性线下的电刷在几何中性线下的 电枢反应电枢反应 Ba 2 2 O x N S B0 B 将通过圆心和电枢圆周上径向磁密为将通过圆心和电枢圆周上径向磁密为 零的点连接成的直线零的点连接成的

31、直线物理中性线。物理中性线。 N S 几何几何中性线中性线 物理物理 中性线中性线 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 54 电刷在几何中线上时的电枢反应的结果电刷在几何中线上时的电枢反应的结果 此时的电枢电势只有交轴磁动势此时的电枢电势只有交轴磁动势 气隙磁场发生了畸变并有一定的去磁作用：气隙磁场发生了畸变并有一定的去磁作用： 电枢圆周上几何中性线处径向磁密不再为零。电枢圆周上几何中性线处径向磁密不再为零。 磁路不饱和时，每极下的磁通量不变；磁路不饱和时，每极下的磁通量不变； 磁路饱和时，每极下的磁通量减少了。磁路饱和时，每极下的磁通量减少了。 物理中性线偏离了几何中性线：物理中性线偏

32、离了几何中性线： 对对发电机发电机：顺顺着电枢旋着电枢旋转转方方向偏移向偏移； 对对电动机电动机：逆逆着电枢旋着电枢旋转转方方向偏移向偏移。 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 55电刷不在几何中性线下的电刷不在几何中性线下的 电枢反应电枢反应 N S 几何几何中性线中性线 电刷电刷顺顺电枢旋转方向从几何中性线电枢旋转方向从几何中性线移过一个角度移过一个角度 电枢磁动势电枢磁动势直轴分量直轴分量Fad交轴分量交轴分量Faq直轴电枢电势与主磁极轴线重合，直轴电枢电势与主磁极轴线重合，且方向与主极磁动势相反，且方向与主极磁动势相反，起起去磁去磁作用作用 若电刷若电刷逆逆电枢旋转方向移动时，电

33、枢旋转方向移动时，直轴电枢电势方向与主极磁动势相同，直轴电枢电势方向与主极磁动势相同，起起增磁作用增磁作用 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 56第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 57 处在几何中性线处的换向元件的处在几何中性线处的换向元件的 e0，使换，使换 向发生困难。向发生困难。 气隙磁场畸变使换向器上的片间电压不均匀；气隙磁场畸变使换向器上的片间电压不均匀； 当相邻两换向片之间的电位差超过一定的限当相邻两换向片之间的电位差超过一定的限 度，将产生电位差火花；度，将产生电位差火花； 而且随着电弧的拉长可能出现环火。而且随着电弧的拉长可能出现环火。 电刷是与处在几何中性线处

34、的元件所连接电刷是与处在几何中性线处的元件所连接 的换向片接触的，的换向片接触的，电枢绕组元件的电流方向电枢绕组元件的电流方向 以电刷为其分界线。以电刷为其分界线。 8 7 6A 2 3 4 B 5 1 e e ee e e第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 58321kia 2ia ia 2ia 4321ia 2ia 43211 1号元件是正在换向的元件，称为换向元件号元件是正在换向的元件，称为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8 7 6A 2 3 4 B 5 1 e e ee e eA B1 2 3 48 7

35、6 5e e e ee e e e1 8 7 62 3 4 5ABe e e ee e e e第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 59v延迟换向延迟换向。 v由于元件本身有电感，由于元件本身有电感， 因此在换向过程中当电流变化时，因此在换向过程中当电流变化时， 换向元件中要产生换向元件中要产生自感电势自感电势: :veL的方向阻止换向元件中电流改变方向，应与换向前的电流的方向阻止换向元件中电流改变方向，应与换向前的电流方向相同，是方向相同，是阻碍换向的阻碍换向的。LdieLdt 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 60v 同时，同时， 换向元件在经过几何中性线换向元件在经过几何中性

36、线位置时，位置时， 由于切割电枢磁场而产生切由于切割电枢磁场而产生切割电势割电势ea, , 根据右手定则可以确定根据右手定则可以确定, , ea所产生的电流的方向也与换向前的电流所产生的电流的方向也与换向前的电流方向相同，方向相同， 也是也是阻碍换向的阻碍换向的。Fa 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 61v 因此，因此， 换向元件中有总电势换向元件中有总电势ek=eL+ea。 显然，显然， 由于总电势由于总电势ek的阻碍作用而使换向过程延迟，的阻碍作用而使换向过程延迟， 即换向元件中的电流由即换向元件中的电流由+ia变为变为-ia的时间延迟了。的时间延迟了。v 换向元件被电刷短路，换

37、向元件被电刷短路， 于于是总电势是总电势ek在换向元件中产生附在换向元件中产生附加电流加电流ik, ik方向与方向与ek方向一致。方向一致。 由由ik产生磁通产生磁通k， 其方向与主磁其方向与主磁通方向相反，通方向相反， 如图如图 所示，所示， 对主对主磁通有去磁作用。磁通有去磁作用。 这样的去磁这样的去磁作用叫作用叫延迟换向去磁延迟换向去磁。v 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 62延迟换向对输出特性的延迟换向对输出特性的影响影响 veLn , ean 。 因此，因此， 换换向元件的附加电流及延迟换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与向去磁磁通与n 成正比，成正比， 使输出特性呈现图

38、使输出特性呈现图 所示的所示的形状。形状。 所以，所以， 直流测速发直流测速发电机的转速上限要受到延迟电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。换向去磁效应的限制。222第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 63 3.换向不良的影响换向不良的影响 会在换向器和电刷间产生火花；会在换向器和电刷间产生火花； 火花超过一定程度，就会烧坏电刷和换向器；火花超过一定程度，就会烧坏电刷和换向器； 火花会产生电磁波，对无线通信造成干扰。火花会产生电磁波，对无线通信造成干扰。 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 64 (1) 加装换向磁极加装换向磁极 (2) 移动电刷移动电刷 换向极换向极 第第2

39、章章 直流测速发电机直流测速发电机 65v四四 纹波纹波v 根据根据Ea=Cen, 当当、 n为定值时，为定值时， 电刷两端电刷两端应输出不随时间变化的稳定的直流电势。应输出不随时间变化的稳定的直流电势。 然而，然而， 实际的电机并非如此，实际的电机并非如此， 其输出电势总是带有微其输出电势总是带有微弱的脉动，弱的脉动， 通常把这种脉动称为纹波。通常把这种脉动称为纹波。 0 e t 2 3 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 66v增加每条支路中的串联元件数可以减小纹波。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，但是由于工艺所限， 电机槽数、电机槽数、 元件数及换元件数

40、及换向片数不可能无限增加。向片数不可能无限增加。 v同时，同时， 由于电枢铁心有齿有槽，由于电枢铁心有齿有槽， 以及电枢铁以及电枢铁心的椭圆度、心的椭圆度、 偏心等等，偏心等等， 也会使输出电势中也会使输出电势中纹波幅值上升。纹波幅值上升。纹波产生的原因纹波产生的原因第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 67v 纹波电压的存在对于测速机用于阻尼或速纹波电压的存在对于测速机用于阻尼或速度控制都很不利，度控制都很不利， 实用的测速机在结构和设计实用的测速机在结构和设计上都采取了一定的措施来减小纹波幅值。上都采取了一定的措施来减小纹波幅值。 例如，例如， 无槽电枢直流电机无槽电枢直流电机可以大大

41、减小因齿槽效应而可以大大减小因齿槽效应而引起的输出电压纹波幅值，引起的输出电压纹波幅值， 与有槽电枢相比，与有槽电枢相比， 输出电压纹波幅值可以减小五倍以上。输出电压纹波幅值可以减小五倍以上。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 68v5. 电刷接触压降电刷接触压降Ra中包含的电刷与换向器的接触电阻不是一个常数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为了考虑此种情况对输出特性的影响 ， 我们把电压方程我们把电压方程式式Ua=Ea-IaRa改写为改写为Ua=Ea-IaRw-Ub。 其中其中Rw为电枢绕组电阻；为电枢绕组电阻； Ub为电刷接触压降。为电刷接触

42、压降。 这样，这样， 上式也可改写为上式也可改写为LWbeaRRUnCU111aeaaaLLECUnRRRRME+UaIaIf+UfRL第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 69v 电刷接触压降电刷接触压降Ub与下述因素有密切关系与下述因素有密切关系: v 电刷和换向器的材料；电刷和换向器的材料； v 电刷的电流密度；电刷的电流密度；v 电流的方向；电流的方向；v 电刷单位面积上的压力；电刷单位面积上的压力；v 接触表面的温度；接触表面的温度；v 换向器圆周线速度；换向器圆周线速度； v 换向器表面的化学状态和机械方面的因素。换向器表面的化学状态和机械方面的因素。LWbeaRRUnCU1第

43、第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 70考虑电刷接触压降后的输出特性考虑电刷接触压降后的输出特性 v可见，可见， 在转速较低时，在转速较低时， 输出特性上有一段斜率显输出特性上有一段斜率显著下降的区域。著下降的区域。 此区域内，此区域内， 测速机虽有输入信号测速机虽有输入信号( (转转速速) )， 但输出电压很小，但输出电压很小， 对转速的反应很不灵敏，对转速的反应很不灵敏， 所以此区域叫所以此区域叫不灵敏区不灵敏区。LWbeaRRUnCU1第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 71v 减小电枢接触压降的措施减小电枢接触压降的措施: :v采用接触压降较小的银采用接触压降较小的银石墨电刷

44、。石墨电刷。 在高精度在高精度的直流测速发电机中还采用铜电刷，的直流测速发电机中还采用铜电刷， 并在它并在它与换向器接触的表面上镀上银层，与换向器接触的表面上镀上银层， 使换向器使换向器不易磨损。不易磨损。 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 72 2.5 2.5 直流测速发电机的应用直流测速发电机的应用v 测速发电机在自动控制系统中作为测量或自动调测速发电机在自动控制系统中作为测量或自动调节电动机转速之用；节电动机转速之用； v在随动系统中用来产生电压信号以提高系统的稳定在随动系统中用来产生电压信号以提高系统的稳定性和精度；性和精度； v在计算解答装置中作为微分和积分元件。在计算解答装

45、置中作为微分和积分元件。 它还可它还可以测量各种机械在有限范围内的摆动或非常缓慢的以测量各种机械在有限范围内的摆动或非常缓慢的转速，转速， 并可代替测速计直接测量转速。并可代替测速计直接测量转速。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 73恒速控制系统原理图 对旋转机械作恒速控制对旋转机械作恒速控制第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 74 2.6 直流测速发电机的性能指标直流测速发电机的性能指标 第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 75第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 76第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 77 2.7 直流测速发电机的发展趋势直流测速发电机的发展

46、趋势（1）发展永磁高灵敏度测速发电机）发展永磁高灵敏度测速发电机11aeaaaLLECUnRRRRCe =pN60a斜率越大，灵敏度越高，因此在相斜率越大，灵敏度越高，因此在相同条件下，应使同条件下，应使Ce增大，对于两极增大，对于两极测速发电机而言，应使测速发电机而言，应使N增大。增大。所以，永磁式高灵敏度直流测速发电机的结构特点所以，永磁式高灵敏度直流测速发电机的结构特点是：直径大，轴向尺寸小，电枢元件多。是：直径大，轴向尺寸小，电枢元件多。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 78CY系列永磁高灵敏度测速发电机系列永磁高灵敏度测速发电机因为电刷间串联的元件数多，因而纹波因为电刷间串联

47、的元件数多，因而纹波电压较低，转速可以很低，最低可低于电压较低，转速可以很低，最低可低于每天一转，输出电压约为几毫伏。每天一转，输出电压约为几毫伏。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 79（2 2）发展无刷直流测速发电机）发展无刷直流测速发电机v电刷与换向器的摩擦所引起的摩擦转矩，电刷与换向器的摩擦所引起的摩擦转矩， 增增加了伺服电动机的粘滞转矩。加了伺服电动机的粘滞转矩。v电刷与换向器的间断接触引起射频噪音。电刷与换向器的间断接触引起射频噪音。v电刷与换向器接触压降的变化，电刷与换向器接触压降的变化， 引起输出电引起输出电压不稳定。压不稳定。v电刷与换向器的存在使电机结构比较复杂电刷与

48、换向器的存在使电机结构比较复杂直流测速发电机存在电刷和换向器的缺点：直流测速发电机存在电刷和换向器的缺点：第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 80出现无刷直流测速发电机出现无刷直流测速发电机, ,比如比如霍尔直流测速发电机霍尔直流测速发电机、电电子换向式无刷直流测速发电机子换向式无刷直流测速发电机、两极管式测速发电机两极管式测速发电机等等霍尔直流测速发电机，输出电压与转速成正比，输出电压霍尔直流测速发电机，输出电压与转速成正比，输出电压无脉动成分，转子摩擦转矩小，可靠性好，寿命长无脉动成分，转子摩擦转矩小，可靠性好，寿命长. .第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 81通过电子换向电路转换成直流电压输出。通过电子换向电路转换成直流电压输出。特点：没有电刷与换向器接触等所造成的缺陷，性特点：没有电刷与换向器接触等所造成的缺陷，性能较好，但结构较复杂，可靠性差，维护复杂。能较好，但结构较复杂，可靠性差，维护复杂。第第2章章 直流测速发电机直流测速发电机 82（3 3）发展无刷电枢、杯形电枢、印刷绕组电枢测速发电机）发展无刷电枢、杯形电枢、印刷绕组电枢测速发电机电机与拖动电机与拖动 83 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页