測速元件及測速方法

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1、測速元件及測速方法 直流測速發電機 結構、基本關系式、輸出特性及誤差分析 異步測速發電機 工作原理及輸出特性 由位移傳感器的脈沖信號求轉速 專門測量轉速用的微型直流發電機?？刂葡到y對直流測速發電機的主要要求是：（1）輸出電壓要與轉速成線性關系，正、反轉時特性一致；（2）輸出特性的靈敏度高；（3）輸出電壓的波紋??；（4）電機的慣量小。轉子，定子、電刷和換向器。磁極在定子上，電樞繞組在轉子上，實現輸入輸出信號轉換。測速元件及測速方法結構測速元件測速發電機直流測速發電機異步測速發電機鼠籠式：精度低空心杯：精度高將轉速變換成電壓信號將轉速變換成電壓信號直流測速發電機輸出特性直流測速發電機輸出特性RLU

2、aEanIf Uf Ia 工作原理圖 等效電路圖RL輸出特性：指當勵磁電壓和電樞電流不變時，輸出電壓Ua與轉速n的關系。dtdILURIEaaaaaaaaaURIEeeaknCELaaRIU 動態靜態感應電勢輸出電壓基本關系式直流測速發電機基本關系式直流測速發電機基本關系式dtdILURIEaaaaadtdJTTTem01eeaknCEaeatemIkICTaaaaURIE01TTTemeeaknCEaeatemIkICT 上述關系式是分析直流測速發電機特性的重要公式，說明直流測速發電機中的感應電勢的大小與轉速成正比，而電勢的方向也是由轉速的方向決定的，這也是直流測速發電機能夠把機械轉速轉變成

3、電壓信號的原因。動態關系式動態關系式靜態關系式靜態關系式直流測速發電機輸出特性直流測速發電機輸出特性空載時有Ia=dIa/dt0，空載時直流測速發電機的輸出電壓Ua為：eeaknCU負載時根據等效電路圖可知Ia=Ua/RL，將其代入電壓平衡方程式和感應電勢的公式得：nKRRKnRRCULLaeLaea11空載時輸出電壓的大小與轉速成正比，電壓極性由轉動方向決定。負載時直流測速發電機的靜態輸出特性，KL稱為輸出斜率或靈敏度?？蛰d輸出特性負載時的靜態輸出特性直流測速發電機輸出特性直流測速發電機輸出特性LaeLLaaRRKKRRLT1,可見，考慮電流的變化和電感，直流測速發電機是一個慣性環節。當1/

4、T遠大于系統的帶寬時，測速發電機仍可看成是轉速的比例環節。負載時的動態特性，此時的傳遞函數為動態時0 dtdIa1)()()(TsKssUsGLa直流測速發電機輸出特性直流測速發電機輸出特性 當，Ra和RL保持恒定不變時，輸出電壓Ua與轉速n或將有嚴格的線性關系，并且輸出電壓的極性變化反映出轉動方向的改變，另外，當負載電阻由大變小時，輸出特性的斜率變小，但仍然是線性關系。當測速機空載（RL）,輸出特性具有最大斜率。直流測速電機的輸出特性直流測速發電機誤差分析線性誤差：實際輸出與理想輸出之間的誤差。測速發電機的實際輸出曲線如圖所示，線性誤差用下式表示U n理想輸出實際輸出U0 n Ux(Umax

5、/Umax)100%式中：Umax是實際輸出特性與 理想輸出特性間的最大差值；Umax是對應最大轉速時的理想輸出電壓。線性誤差造成線性誤差的原因主要有：電樞反應，延遲換向去磁，電刷接觸電阻，紋波，火花和電磁干擾等。與直流電動機中發生的情況相同，當有負載通過直流發電機電樞繞組時，同樣會產生電樞磁場和電樞反應，電樞反應對氣隙合成磁場有兩個影響。第一是使氣隙合成磁場的物理中性面順著直流發電機的旋轉方向轉過一個角度；而在直流電動機中，是逆著旋轉方向偏移一個角度。第二是對磁極磁場有去磁效應。而且，電樞電流越大，電樞反應的影響越大，氣隙合成磁通被削弱的越多。電樞反應使氣隙合成磁通減小，從而使輸出電壓電樞反

6、應使氣隙合成磁通減小，從而使輸出電壓Ua下降下降電樞反應的影響電樞反應的影響 直流測速發電機誤差分析直流測速發電機誤差分析直流電動機的磁場電樞反應對氣隙磁場的影響：電樞反應對氣隙磁場的影響：磁場的物理中性面逆著旋轉方向轉過一個角度磁場的物理中性面逆著旋轉方向轉過一個角度 直流發電機工作原理直流發電機工作原理模型簡圖直流發電機等效電路圖直流電動機等效電路圖電樞反應的影響電樞反應的影響0s (1)式中0空載時的磁通，即磁極產生的每極磁通；s電樞反應的去磁磁通。設負載時電樞反應的去磁磁通s與電樞電流 Ia成正比，即LaiaisRUkIkLsLaRnknkU1將上式代入（1）式后整理得：不考慮電樞反應

7、時的輸出電壓Ua0為：nknRRCULLaea001直流測速發電機誤差分析直流測速發電機誤差分析直流測速發電機誤差分析直流測速發電機誤差分析 若以此電壓Ua0作為理想輸出電壓，則由于電樞反應的去磁作用而引起的相對誤差為：nkRUUUUsLaaaa1100顯然，轉速升高，負載電阻變小，都將使輸出電壓的線性誤差增大。這就是為什么在直流測速發電機的技術條件中都注明最高轉速這就是為什么在直流測速發電機的技術條件中都注明最高轉速和最小負載電阻值的原因。和最小負載電阻值的原因。使用時轉速不得超過最高轉速，負載電阻不得小于規定的電阻值，以保證電樞反應引起的非線性誤差不超過允許數值。直流測速發電機誤差分析直流

8、測速發電機誤差分析延遲換向去磁接觸電阻與接觸電壓bU21bU21換向元件中的感應電勢產生的附加電流在流過換向元件時又產生了磁通k，與主磁通方向相反。電刷與換向器之間的滑動接觸使其間的接觸電阻是非線性的，而且不穩定。當電機轉速較低，電機電流較小時，接觸電阻較大。接觸電阻對輸出特性的影響這時測速發電機的輸出電壓則變的很小，甚至無輸出?？紤]接觸電壓降Ub時電樞回路的電壓方程式為LabLaeaRRUnRRCU11UaEa-IaRa-Ub 整理得Ub的存在使特性曲線下移。00 稱為不靈敏區 0紋波、火花和電磁干擾紋波、火花和電磁干擾bLaaaaURRUUU11練習題1 電樞反應對直流測速發電機的輸出特性

9、有何影響？定性分析影響輸出特性的其它因素。2 在直流測速發電機技術數據中為什么要限制最高轉速和最小負載？交流測速發電機交流測速發電機 交流測速發電機與兩相伺服電動機的結構相似。轉子結構有籠形和杯形兩種?；窘Y構和工作原理基本結構定子上放有空間相差900電角度的兩相繞組，一個是激磁繞組，另一個是輸出繞組?；\形轉子的測速發電機輸出斜率大，靈敏度高，但輸出特性的線性度差，相位誤差和剩余電壓也大；杯形轉子的測速發電機精度高，應用廣泛。1 測速機轉子不動時為什么沒有電壓輸出？轉子轉動時輸出電壓為何與頻率無關？2 交流異步測速電機輸出電勢是旋轉電勢還是變壓器電勢？異步測速發電機異步測速發電機 杯形轉子異步

10、測速發電機的工作原理 定子的兩相繞組在空間位置上嚴格保持900電角度。其中的一相W1作為激磁繞組，外施穩頻穩壓的交流電源激磁。另一相W2作為輸出繞組，其兩端電壓U2就是測速發電機的輸出電壓。異步測速發電機工作原理圖當頻率為f的激磁電壓U1加在激磁繞組W1上以后，在測速發電機內、外定子間的氣隙中，就會產生一個與W1軸線相一致，頻率為f的脈振磁通1，稱1所在的直線為直軸方向，與1成900電角度的方向為交軸方向。在轉子不動時，激磁繞組的直軸脈振磁通只能在空心杯轉子中感應出變壓器電勢，氣隙中的磁通就是直軸磁通1，它與輸出繞組軸線的空間位置相差900電角度，與輸出繞組沒有匝鏈，所以輸出繞組中不產生感應電

11、勢，輸出電壓為零。nCEr12異步測速發電機異步測速發電機轉子轉動轉子轉動時，轉子切割直軸磁通1從而在轉子杯中產生旋轉電勢Er。由于1為脈振磁通，所以電勢Er為交變電勢。從定子上看，轉子電勢Er的交變頻率就是激磁電壓和1的脈振頻率f，它的大小為：若1恒定，則電勢 Er就與轉子的轉速n成正比 電勢 在轉子杯中產生短路電流 ，頻率為f，大小正比于 和轉速。產生的磁通 頻率為f，方向為交軸方向，大小與電流 和轉速成正比。該磁通在輸出繞組中感應出頻率為f 的變壓器電勢，大小為 異步測速發電機的輸出電勢的頻率就是激磁頻率，大小正比于轉速。轉向改變時輸出電勢的相位 也跟著改變。2324ECC nrErE2

12、I2I2 與直流測速發電機相比，交流測速發電機優點是（1）沒有電刷和換向器，構造簡單，維護容易，運行可靠；（2）無滑動接觸，輸出特性穩定，精度高；（3）摩擦力矩小，慣性??；（無刷，空心杯）（4）不產生干擾火花。缺點是（1）存在剩余電壓和相位誤差；（2）輸出斜率??；（3）輸出特性隨負載性質（電阻，電容，電感）變化。由位移傳感器的脈沖信號求轉速M法測速測速方法T法測速M/T法測速在規定的檢測時間內，檢測傳感器輸出的脈沖數并計算速度的方法內總的脈沖數檢測時間沖數；傳感器每轉產生的脈ggTmPrPTmn11min),/(60M法測速的分辨率gggPTPTmPTmQ6060)1(6011與轉速成反比。但

13、相對誤差，則誤差與轉速無關；作為轉速測量值的誤差若以分辨率nnnQ高速精度高由位移傳感器的脈沖信號求轉速M法測速測速方法T法測速M/T法測速測量傳感器相鄰兩個脈沖相隔的時間T來確定轉速的方法。時間內讀到的脈沖數計數器在數；傳感器每轉產生的脈沖時鐘脈沖頻率，TmPfrPmfncc22min),/(60T法測速的分辨率nPfPnPmmfPmfPmfQcccc60)1(60)1(606022222越小，相對誤差越大。越大，轉速，相對誤差為的誤差為脈沖計數22211mnmm低速精度高由位移傳感器的脈沖信號求轉速M法測速測速方法T法測速M/T法測速時間內讀到的脈沖數計數器在數；傳感器每轉產生的脈沖內傳感器脈沖個數，檢測時間時鐘脈沖頻率，TmPTmrPmmfPTmnfsfmTccc212112min),/(6060)(M/T法測速的分辨率min)/(1)1(60)111(602221221rmnmPmmfmmPmfQcc精度高為，所以分辨率誤差為無誤差，Qmm121由位移傳感器的脈沖信號求轉速檢測時間規定的檢測時間，TTg練習題 影響異步測速發電機測量精度的主要因素是什么？(負載大小和性質、激磁電壓的頻率與溫度變化)由位移傳感器的輸出脈沖信號求轉速的方法有幾種？各有何特點？