《直流測(cè)速發(fā)電機(jī)》PPT課件

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1、第 2章 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 2.1 直 流 發(fā) 電 機(jī) 工 作 原 理 和 結(jié) 構(gòu) 2.2 直 流 電 勢(shì) 的 關(guān) 系 式 2.3 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 及 其 輸 出 特 性 2.4 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 誤 差 及 其 減 小 的 方 法 2.5 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 應(yīng) 用 2.6 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 性 能 指 標(biāo) 思 考 題 與 習(xí) 題 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) ： 物 理 本 質(zhì) 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 速 的 微 型 直 流 發(fā) 電 機(jī) ； 能 量 轉(zhuǎn) 換 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 成 電 能 ， 輸 出 直 流 電 ； 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 速 度 信 號(hào)

2、 轉(zhuǎn) 換 成 與 轉(zhuǎn) 速 成 正 比 的 直 流 電 壓 信 號(hào) ， U=K*n。說 明 l2.1.1 直 流 發(fā) 電 機(jī) 工 作 原 理l2.1.2 直 流 電 勢(shì) 的 形 成l2.1.3 直 流 電 機(jī) 基 本 結(jié) 構(gòu)2.1 直 流 發(fā) 電 機(jī) 工 作 原 理 和 結(jié) 構(gòu) 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 工 作 是 基 于 電 磁 感 應(yīng) 定 律 ， 即 ： 運(yùn) 動(dòng) 導(dǎo) 體切 割 磁 力 線 ， 在 導(dǎo) 體 中 產(chǎn) 生 切 割 電 勢(shì) ； 或 者 說 匝 鏈 線圈 的 磁 通 發(fā) 生 變 化 ， 在 線 圈 中 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 勢(shì) 。2.1.1 直 流 發(fā) 電 機(jī) 工 作 原 理基 本 原 理

3、 : 直 流 發(fā) 電 機(jī) 原 理 圖 在 空 間 固 定 不 動(dòng) 的 磁 極 N， S之 間 ，有 一 個(gè) 鐵 質(zhì) 圓 柱 體 (電 樞 鐵 心 )裝 在 轉(zhuǎn)軸 上 ， 磁 極 與 鐵 心 間 的 氣 隙 稱 為 空氣 隙 。 導(dǎo) 體 ab， cd固 定 在 電 樞 鐵 心表 面 徑 向 相 對(duì) 的 位 置 并 連 成 一 個(gè) 線圈 (元 件 )。 且 假 設(shè) 初 始 狀 態(tài) 為 ： ab在N極 下 ， cd在 S極 下 。 模 型 設(shè) 定 ： 換 向 片 之 間 、 換 向 片 與 轉(zhuǎn) 軸 之 間 均 相互 絕 緣 ， 這 部 分 稱 為 換 向 器 。 整 個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng) 部 分 稱 為 電 樞

4、 ， 固 定 不 動(dòng) 的 導(dǎo) 電片 A、 B(電 刷 )壓 在 換 向 片 上 ， 為 滑動(dòng) 接 觸 。 N與 S極 間 的 中 心 線兩 個(gè) 重 要 位 置 ：磁 極 軸 線 ：幾 何 中 性 線 ：N、 S磁 極 的 中 心 線 分 別 用 、 表 示 電 勢(shì) 方 向 。 線 圈 兩 個(gè) 有效 邊 中 的 電 勢(shì) 大 小 相 等 方 向 相 反 ， 整 個(gè) 線圈 電 勢(shì) 是 兩 個(gè) 有 效 邊 電 勢(shì) 之 和 ， 即 為 一 個(gè)有 效 邊 電 勢(shì) 的 兩 倍 ， 電 勢(shì) 方 向 是 由 d指 向 a，故 a為 正 ， d為 負(fù) （ 電 源 ） 。 電 刷 A通 過 換向 片 與 線 圈 的

5、 a端 相 接 觸 ， 電 刷 B與 線 圈 的 d端 相 接 觸 ， 此 時(shí) A電 刷 為 正 ， B電 刷 為 負(fù) ，電 刷 電 勢(shì) EBA=eda=edc+eba。 （ c和 b短 接 ）0 瞬 時(shí) 電 勢(shì) ： 磁 極 磁 通 由 N極 穿 過 電 樞 鐵 心 進(jìn) 入 S極 。 假設(shè) 電 樞 以 轉(zhuǎn) 速 n逆 時(shí) 針 方 向 被 拖 動(dòng) 旋 轉(zhuǎn) ， 則導(dǎo) 體 ab,cd切 割 磁 力 線 產(chǎn) 生 電 勢(shì) 。 根 據(jù) 右 手定 則 ， 此 時(shí) ， 導(dǎo) 體 ab中 電 勢(shì) 的 方 向 由 b指 向a(紙 面 向 外 ） ， 導(dǎo) 體 cd中 電 勢(shì) 由 d指 向 c(紙面 向 內(nèi) ） 。 導(dǎo)

6、體 cd處 于 N極 下 ， 導(dǎo) 體 ab處 于 S極 下 ， 這 時(shí) 它 們 的 電 勢(shì) 與 0 瞬時(shí) 電 勢(shì) 大 小 相 等 方 向 相 反 ， 線 圈電 勢(shì) 的 方 向 由 a到 d, 此 時(shí) d為 正 ，a為 負(fù) ， 兩 電 刷 間 電 勢(shì)EBA=ead=eab+ecd， 仍 然 是 A刷 為 正 ，B刷 為 負(fù) 。180 瞬 時(shí) 電 勢(shì) ： 電 刷 A總 是 與 處 于 正 電 位 的 換 向 片接 觸 ， 而 電 刷 B總 是 與 處 于 負(fù) 電 位 的 換向 片 接 觸 。 雖 然 ab和 cd感 應(yīng) 的 電 勢(shì) 是 交變 的 ， 但 電 刷 AB兩 端 的 電 壓 卻 是 直

7、流的 。 實(shí) 際 直 流 電 機(jī) 的 換 向 片 較 多 ， 電 刷和 換 向 器 配 合 起 機(jī) 械 整 流 器 的 作 用 。電 刷 和 換 向 器 配 合 ： 每 個(gè) 繞 組 元 件 內(nèi) 部感 應(yīng) 電 勢(shì) 是 交 流 的 ， 但 ， 一 對(duì) 電 刷 之 間電 勢(shì) 等 于 一 個(gè) 支 路 中 各 繞 組 電 勢(shì) 之 和 ，因 此 ， 電 刷 間 的 電 勢(shì) 為 合 成 電 勢(shì) ， 是 一個(gè) 脈 動(dòng) 的 直 流 電 勢(shì) 。工 作 狀 態(tài) 下 的 電 勢(shì) ： 換 向 器 ： 無 論 線 圈 轉(zhuǎn) 到 什 么 位 置 ， 電 刷通 過 換 向 片 只 與 處 于 一 定 極 性下 的 導(dǎo) 體 相

8、連 接 ， 如 電 刷 A始終 與 處 在 N極 下 的 導(dǎo) 體 相 連 接 ， 而 處 在 一 定 極 性 下 的 導(dǎo) 體 電 勢(shì)方 向 是 不 變 的 ， 因 而 電 刷 兩 端得 到 的 電 勢(shì) 極 性 不 變 。小 節(jié) 要 點(diǎn) ： 工 作 原 理 分 析 ， 換 向 器 作 用 導(dǎo) 體 切 割 磁 通 產(chǎn) 生 的 電 勢(shì) ： ei=BxlvBx ： 導(dǎo) 體 所 處 位 置 的 氣 隙 磁 通 密 度 ；l： 導(dǎo) 體 有 效 長(zhǎng) 度 (電 樞 鐵 心 的 長(zhǎng) 度 )定 值v： 導(dǎo) 體 切 割 磁 場(chǎng) 的 線 速 度 (電 樞 圓 周 速 度 )。常 值2.1.2 直 流 電 勢(shì) 的 形

9、成ei Bx因 此 ：直 流 要 求 ： 方 向 和 大 小 都 不 隨 時(shí) 間 變 化 在 整 個(gè) 磁 極 下 ， 氣 隙 磁 通 密 度 沿 電 樞 圓 周 不 是 均 勻 分 布 。實(shí) 際 磁 場(chǎng) 分 布 ： 經(jīng) 換 向 器 換 向 后 ， 電 刷 間 電 勢(shì) 雖 然 方 向 不 變 ， 但 有 很大 的 脈 動(dòng) ， 這 樣 的 電 勢(shì) 不 是 直 流 電 勢(shì) ， 而 是 脈 動(dòng) 電 勢(shì) 。為 減 小 電 勢(shì) 的 脈 動(dòng) 程 度 ， 實(shí) 際 電 機(jī) 中 不 是 只 有 一 個(gè) 線圈 (元 件 )， 而 是 由 很 多 元 件 組 成 電 樞 繞 組 。 這 些 元 件均 勻 分 布 在

10、電 樞 表 面 ， 并 按 一 定 的 規(guī) 律 連 接 。 導(dǎo) 體 處 于 不 同 位 置 ， 產(chǎn) 生 的 電勢(shì) ei大 小 不 同 ， 其 隨 時(shí) 間 變 化的 規(guī) 律 與 Bx相 同 。實(shí) 際 電 勢(shì) ： 實(shí) 際 電 樞 鐵 心 表 面 有 齒 有 槽 ， 槽 中安 放 元 件 ， 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 一 般 都采 用 多 匝 元 件 。 放 在 槽 中 的 元 件 邊為 有 效 邊 ， 連 接 有 效 邊 的 導(dǎo) 線 稱 為端 部 連 線 （ 淡 紅 虛 線 ） 。 元 件 的 兩個(gè) 有 效 邊 分 別 安 放 在 電 樞 圓 周 兩 個(gè)相 對(duì) 的 槽 中 ， 一 個(gè) 有 效 邊

11、 放 在 槽 的上 層 (靠 近 槽 口 )， 另 一 個(gè) 有 效 邊 放在 槽 的 下 層 (靠 近 槽 底 )， 上 層 邊 所在 的 槽 號(hào) 表 示 元 件 號(hào) 。 上 層 邊 出 線端 稱 頭 （ 紅 色 實(shí) 線 ） ， 下 層 邊 出 線端 稱 尾 （ 藍(lán) 色 實(shí) 線 ） 。 電 樞 饒 組 ： 每 個(gè) 繞 組 元 件 內(nèi) 部 感 應(yīng) 電 勢(shì)是 交 流 的 ， 但 ， 一 對(duì) 電 刷 之間 電 勢(shì) 等 于 一 個(gè) 支 路 中 各 繞組 電 勢(shì) 之 和 ， 因 此 ， 電 刷 間的 電 勢(shì) 為 合 成 電 勢(shì) ， 是 一 個(gè)脈 動(dòng) 電 勢(shì) 。等 值 電 路 ： 電 樞 表 面 槽 數(shù)

12、增 多 ， 元 件 數(shù) 增 多 ， 則電 刷 間 串 聯(lián) 的 元 件 數(shù) 增 多 ， 輸 出 電 勢(shì)的 平 均 值 將 更 大 ， 脈 動(dòng) 更 小 ， 就 得 到大 小 和 方 向 都 不 變 的 直 流 電 勢(shì) 。輸 出 電 勢(shì) ：小 節(jié) 要 點(diǎn) ： 元 件 和 電 刷 兩 端 電 量 的 性 質(zhì) ； “ 電 刷 ” 、 “ 換 向 器 ” 的 作 用 。 2.1.3 直 流 電 機(jī) 基 本 結(jié) 構(gòu)1.定 子 鐵 心 和 勵(lì) 磁 繞 組2. 電 樞 鐵 心 和 電 樞 繞 組3. 換 向 器 和 電 刷主 要 部 件 ：本 節(jié) 要 點(diǎn) ： 如 何 產(chǎn) 生 極 性 不 變 的 電 勢(shì) ； 如

13、何 產(chǎn) 生 直 流 電 勢(shì) 。 電 刷 的 作 用 、 位 置 ； 電 樞 饒 線 與 換 向 片 連 接 。 基 本 構(gòu) 造 ： 定 、 轉(zhuǎn) 子 。電 刷 、 換 向 器 作 用 ： 起 機(jī) 械整 流 器 作 用 。 后 續(xù) 基 本 原 理 中 進(jìn) 一步 介 紹 （ 元 件 交 流 ， 電 刷 兩 端 直流 ） 。 注 意 ： 各 部 件 的 作 用 。 一 、 構(gòu) 造 結(jié) 構(gòu)細(xì) 說 2.2 直 流 電 勢(shì) 的 關(guān) 系 式電 刷 間 的 電 勢(shì) ：is in eE 1 ei=Bxlv Bx極 中 心 處 最 小 ， 極 尖 處 較 大 電 刷 間 電 勢(shì) ： Ea=sep導(dǎo) 體 感 應(yīng) 電

14、勢(shì) ： ep=Bplv 所 以 Ea=sBplv lBp 導(dǎo) 體 的 感 應(yīng) 電 勢(shì) ei隨 Bx變 化 ， 且 Bx非 常 數(shù) ， 為 簡(jiǎn) 化 分 析 ， 取 一 個(gè)磁 極 下 氣 隙 磁 通 密 度 的 平 均 值 為 Bp， 一 個(gè) 磁 極 下 所 有 導(dǎo) 體 的 平均 電 勢(shì) 為 ep， 電 刷 間 的 電 勢(shì) Ea即 為 一 個(gè) 磁 極 下 導(dǎo) 體 的 平 均 電 勢(shì)乘 上 一 對(duì) 電 刷 所 串 聯(lián) 的 導(dǎo) 體 數(shù) s。模 型 假 定 ： 平 均 磁 通 密 度 ：電 樞 表 面 圓 周 速 度 ： nD60 導(dǎo) 體 感 應(yīng) 電 勢(shì) ： nDep 60電 刷 間 電 勢(shì) ： nps

15、nDsE a 60260 考 慮 實(shí) 際 電 機(jī) 結(jié) 構(gòu) ， 一 對(duì) 電 刷 所 串 聯(lián) 的 導(dǎo) 體 數(shù) s等 于 電 刷 間 每 條 并 聯(lián) 支 路中 的 導(dǎo) 體 數(shù) ， s值 等 于 電 樞 繞 組 總 導(dǎo) 體 數(shù) N除 以 電 刷 間 的 并 聯(lián) 支 路 數(shù) 2a。 電 刷 電 勢(shì) 關(guān) 系 式 簡(jiǎn) 化 為 ： Ea=Cen,工 程 關(guān) 系 式 ： napNEa 60aNs 2 Ce=pN/(60a)一 定 時(shí) ， Ea=Ken， K e=Ce， 稱 為 電 勢(shì) 系 數(shù) 。本 節(jié) 要 點(diǎn) ： 電 刷 電 勢(shì) 的 推 導(dǎo) 過 程 ， 電 勢(shì) 關(guān) 系 式 2.3 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 及

16、 其 輸 出 特 性 2.3.1 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 型 式2.3.2 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 對(duì) 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 要 求2.3.3 輸 出 特 性 按 照 勵(lì) 磁 方 式 劃 分 1. 永 磁 式 永 磁 式 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 定 子 磁 極 由 永 久 磁 鋼 做 成 ， 沒 有 勵(lì) 磁 繞組 。 目 前 常 用 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 但 永 磁 材 料 貴 。2.3.1 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 型 式 2. 電 磁 式 電 磁 式 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 定 子 勵(lì) 磁 繞 組 由 外 部 電 源 供 電 ， 通 電 時(shí) 產(chǎn) 生

17、 磁 場(chǎng) 。 永 磁 按 照 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 劃 分 ：1.普 通 速 度 電 機(jī) ： 一 般 幾 千 轉(zhuǎn) /分 ， 最 高 可 達(dá) 1 104 r/min以 上 ；2.低 速 電 機(jī) ： 幾 百 轉(zhuǎn) /分 以 下 ， 最 低 可 達(dá) 一 轉(zhuǎn) /分 以 下 。 總 體 要 求 ： 精 確 度 高 、 靈 敏 度 高 、 可 靠 性 好(1) 輸 出 電 壓 與 轉(zhuǎn) 速 的 關(guān) 系 曲 線 (稱 為 輸 出特 性 )應(yīng) 為 線 性 ；(2) 輸 出 特 性 的 斜 率 要 大 ；(3) 溫 度 變 化 對(duì) 輸 出 特 性 的 影 響 要 小 ；(4) 輸 出 電 壓 的 紋 波 要 小 ， 即

18、要 求 在 一 定的 轉(zhuǎn) 速 下 輸 出 電 壓 要 穩(wěn) 定 ， 波 動(dòng) 要 小 ；(5) 正 、 反 轉(zhuǎn) 兩 個(gè) 方 向 的 輸 出 特 性 要 一 致 。2.3.2 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 對(duì) 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 要 求測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 理 想 輸 出 特 性 2.3.3 輸 出 特 性直 流 電 勢(shì) 公 式 ： Ea=Cen 當(dāng) 每 極 總 磁 通 為 常 數(shù) 時(shí) ： Ea n帶 載 輸 出 電 壓 ： Ua=Ea-IaRa 直 流 發(fā) 電 機(jī) 電 壓 平 衡 方 程 式nRRCRREU LaeLaaa 11 aLaaa RRUEU 2.4 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī)

19、的 誤 差 及 其 減 小 的 方 法l2.4.1 溫 度 影 響l2.4.2 電 樞 反 應(yīng) 影 響 l2.4.3 延 遲 換 向 去 磁l2.4.4 紋 波l2.4.5 電 刷 接 觸 壓 降 Ua=f(n)為 線 性 關(guān) 系 的 條 件 之 一 是 勵(lì) 磁 磁 通 為 常 數(shù) 。實(shí) 際 上 ， 電 機(jī) 周 圍 環(huán) 境 溫 度 的 變 化 以 及 電 機(jī) 本 身 發(fā) 熱(由 電 機(jī) 各 種 損 耗 引 起 )都 會(huì) 引 起 電 機(jī) 繞 組 電 阻 的 變 化 。當(dāng) 溫 度 升 高 時(shí) ， 勵(lì) 磁 繞 組 電 阻 增 大 ， 勵(lì) 磁 電 流 減 小 ，磁 通 也 隨 之 減 小 ， 輸 出

20、電 壓 就 降 低 。 反 之 ， 當(dāng) 溫 度 下降 時(shí) ， 輸 出 電 壓 便 升 高 。 2.4.1 溫 度 影 響一 、 產(chǎn) 生 原 因 及 影 響 1、 一 般 情 況 下 ， 采 用 勵(lì) 磁 回 路 中 串 聯(lián) 一 個(gè) 阻 值 比 勵(lì) 磁 繞 組 電 阻 大 幾 倍 的 附 加電 阻 來 穩(wěn) 流 ；2、 對(duì) 于 溫 度 變 化 所 引 起 的 誤 差 要 求 比 較 嚴(yán) 格 的 場(chǎng) 合 ， 可 在 勵(lì) 磁 回 路 中 串 聯(lián) 負(fù)溫 度 系 數(shù) 的 熱 敏 電 阻 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 。 選 擇 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 參 數(shù) 的 方 法 是 ： 作 出 勵(lì) 磁 繞 組 電 阻 隨 溫 度 變 化

21、 的 曲 線 1，再 作 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 電 阻 隨 溫 度 變 化 的 曲 線 2； 前 者 溫 度 系 數(shù) 為 正 ， 后 者 溫 度 系 數(shù)為 負(fù) 。 確 保 這 兩 條 曲 線 的 斜 率 相 等 ， 則 勵(lì) 磁 回 路 的 總 電 阻 就 不 會(huì) 隨 溫 度 而變 化 3， 因 而 勵(lì) 磁 電 流 及 勵(lì) 磁 磁 通 也 就 不 會(huì) 隨 溫 度 而 變 化 。二 、 減 小 措 施 2.4.2 電 樞 反 應(yīng) 影 響 主 磁 場(chǎng) 電 樞 磁 場(chǎng) 合 成 磁 場(chǎng) 電 樞 導(dǎo) 體 的 電 流 方 向 總 是 以 電 刷 為 其分 界 線 ， 即 電 刷 兩 側(cè) 導(dǎo) 體 中 的 電 流大

22、小 相 等 ， 方 向 相 反 。 不 論 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn)到 哪 個(gè) 位 置 ， 電 樞 導(dǎo) 體 電 流 在 空 間的 分 布 情 況 始 終 不 變 。 因 此 ， 電 樞電 流 所 產(chǎn) 生 的 磁 場(chǎng) 在 空 間 的 分 布 情況 也 不 變 ， 即 電 樞 磁 場(chǎng) 在 空 間 是 固定 不 動(dòng) 的 恒 定 磁 場(chǎng) 。 由 于 電 刷 位 于幾 何 中 性 線 上 ， 所 以 電 樞 磁 場(chǎng) 在 電刷 軸 線 兩 側(cè) 是 對(duì) 稱 的 ， 電 刷 軸 線 就是 電 樞 磁 場(chǎng) 的 軸 線 。電 樞 磁 場(chǎng) 產(chǎn) 生 分 析 電 樞 磁 場(chǎng) 也 是 一 個(gè) 兩 極 磁 場(chǎng) ， 主 磁 極 軸線 的

23、左 側(cè) 相 當(dāng) 于 該 磁 場(chǎng) 的 N極 ， 右 側(cè) 相當(dāng) 于 S極 。 在 每 個(gè) 主 磁 極 下 面 ， 電 樞 磁場(chǎng) 的 磁 通 在 半 個(gè) 極 下 由 電 樞 指 向 磁 極 ，在 另 外 半 個(gè) 極 下 則 由 磁 極 指 向 電 樞 ， 即半 個(gè) 極 下 電 樞 磁 通 和 主 磁 通 同 向 ， 另 外半 個(gè) 極 下 電 樞 磁 通 和 主 磁 通 反 向 ， 因 此合 成 磁 場(chǎng) 的 磁 通 密 度 在 半 個(gè) 極 下 是 加強(qiáng) 了 ， 在 另 外 半 個(gè) 極 下 是 削 弱 了 ， 由于 電 樞 磁 場(chǎng) 的 存 在 ， 氣 隙 中 的 磁 場(chǎng) 發(fā) 生畸 變 。電 樞 反 應(yīng)

24、1、 磁 路 不 飽 和 磁 路 為 線 性 ， 磁 場(chǎng) 的 合 成 就 可 以 應(yīng) 用 疊 加 原理 。 例 如 ， N極 右 半 個(gè) 極 下 的 合 成 磁 通 等 于1/2主 磁 通 與 1/2電 樞 磁 通 之 和 ， 左 半 個(gè) 極 下的 合 成 磁 通 等 于 1/2主 磁 通 與 1/2電 樞 磁 通 之差 。 N極 左 半 個(gè) 極 的 削 弱 和 右 半 個(gè) 極 的 加 強(qiáng)相 互 抵 消 ， 整 個(gè) 極 的 磁 通 保 持 不 變 ， 僅 僅 磁場(chǎng) 的 分 布 發(fā) 生 了 變 化 。電 機(jī) 磁 場(chǎng) 分 析2、 磁 路 飽 和 磁 路 非 線 性 ， 不 可 簡(jiǎn) 單 疊 加 。

25、增 加 部 分將 小 于 兩 著 之 和 ， 減 小 部 分 還 等 于 兩 著之 差 。 因 此 總 體 減 小 。 電 樞 對(duì) 主 磁 場(chǎng) 起到 去 磁 作 用 。 減 小 的 措 施1、 最 大 線 性 工 作 轉(zhuǎn) 速 nmax2、 最 小 負(fù) 載 電 阻 值 使 用 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 速 不 得 超 過 最 大 線 性 工 作 轉(zhuǎn) 速 ， 所 接 負(fù) 載 電 阻 不得 小 于 最 小 負(fù) 載 電 阻 ， 以 保 證 線 性 誤 差 在 限 定 的 范 圍 內(nèi) 。電 樞 對(duì) 主 磁 場(chǎng) 有 去 磁 作 用 ， 即 使 電 機(jī) 勵(lì) 磁 電 流 不 變 ， 空 載 時(shí) （ Ia=0） 的 磁 通

26、0和 有 載 時(shí) （ Ia0） 的 合 成 磁 通 是 不 等 的 ， 0 。 直 流 電 機(jī) 中 ， 電 樞 繞 組 元 件 的 電 流 方 向 以 電 刷 為 其 分 界 線 。 電 機(jī) 旋轉(zhuǎn) ， 當(dāng) 電 樞 繞 組 元 件 從 一 條 支 路 經(jīng) 過 電 刷 進(jìn) 入 另 一 條 支 路 時(shí) ， 其 中電 流 反 向 ， 由 +ia變 成 -ia。 但 是 ， 在 元 件 經(jīng) 過 電 刷 且 被 電 刷 短 路 的 過程 中 ， 它 的 電 流 既 不 是 +ia也 不 是 -ia， 而 是 處 于 由 +ia變 到 -ia的 過 渡 過程 。 這 個(gè) 過 程 叫 元 件 的 換 向 過

27、程 。 正 在 進(jìn) 行 換 向 的 元 件 叫 換 向 元 件 。換 向 元 件 從 開 始 換 向 到 換 向 結(jié) 束 所 經(jīng) 歷 的 時(shí) 間 為 換 向 周 期 。2.4.3 延 遲 換 向 去 磁 由 于 元 件 本 身 有 電 感 ， 因 此 在 換 向 過 程 中 當(dāng) 電 流 變 化 時(shí) ， 換 向 元 件 中要 產(chǎn) 生 自 感 電 勢(shì) ， eL的 方 向 應(yīng) 與 換 向 前 的 電 流 方 向 相 同dtdiLeL 產(chǎn) 生 分 析 ：（ 一 ） 阻 礙 換 向 的 自 感 電 勢(shì)（ 二 ） 切 割 電 樞 磁 場(chǎng) 產(chǎn) 生 的 電 動(dòng) 勢(shì) 換 向 元 件 在 經(jīng) 過 幾 何 中 性

28、線 位 置 時(shí) ， 由 于 切 割 電 樞 磁 場(chǎng) 而 產(chǎn) 生 切 割電 勢(shì) ea， ea所 產(chǎn) 生 的 電 流 的 方 向 也 與 換 向 前 的 電 流 方 向 相 同 。 換 向 元 件 中 有 總 電 勢(shì) ek=eL+ea。 由 于 總 電 勢(shì) ek的 阻礙 作 用 而 使 換 向 過 程 延 遲 ， 即 換 向 元 件 中 的 電 流由 +ia變 為 -ia的 時(shí) 間 延 遲 了 。 換 向 元 件 被 電 刷 短 路 ， 于 是 總 電 勢(shì) ek在 換 向 元件 中 產(chǎn) 生 附 加 電 流 ik, ik方 向 與 ek方 向 一 致 。 由 ik產(chǎn)生 磁 通 k， 其 方 向 與

29、主 磁 通 方 向 相 反 ， 對(duì) 主 磁 通有 去 磁 作 用 。 這 樣 的 去 磁 作 用 叫 延 遲 換 向 去 磁 。（ 三 ） 合 成 效 果 不 考 慮 磁 通 變 化 ， 則 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī)電 勢(shì) 與 轉(zhuǎn) 速 成 正 比 ， 負(fù) 載 電 阻 一 定 時(shí) ，電 樞 電 流 及 繞 組 元 件 電 流 也 與 轉(zhuǎn) 速 成 正比 ； 另 外 ， 換 向 周 期 與 轉(zhuǎn) 速 成 反 比 ， 電機(jī) 轉(zhuǎn) 速 越 高 ， 元 件 的 換 向 周 期 越 短 ； eL正 比 于 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 換 向 元 件 電 流 的 變 化量 ， 因 此 e 正 比 轉(zhuǎn) 速 的 平 方 ，

30、 即 eL n2。同 樣 ea n2。 因 此 ， 換 向 元 件 的 附 加 電流 及 延 遲 換 向 去 磁 磁 通 與 n2成 正 比 ， 直流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 上 限 要 受 到 延 遲 換向 去 磁 效 應(yīng) 的 限 制 。減 小 的 措 施 限 制 轉(zhuǎn) 速 根 據(jù) Ea=Cen, 當(dāng) 、 n為 定 值 時(shí) ， 電 刷 兩 端 應(yīng) 輸 出 不 隨 時(shí) 間 變 化 的 穩(wěn) 定 的 直流 電 勢(shì) 。 實(shí) 際 的 電 機(jī) 并 非 如 此 ， 其 輸 出 電 勢(shì) 總 是 帶 有 微 弱 的 脈 動(dòng)紋 波 。 2.4.4 紋 波產(chǎn) 生 原 因 ： 電 機(jī) 本 身 的 固 有 結(jié)

31、構(gòu) 及 加 工 誤 差 所 引 起 的 。 由 于 電 樞 槽 數(shù) 及 電 樞 元 件 數(shù) 有限 ， 在 輸 出 電 勢(shì) 中 將 引 起 脈 動(dòng) 。 增 加 每 條 支 路 中 的 串 聯(lián) 元 件 數(shù) 可 以 減 小 紋波 ， 但 是 由 于 工 藝 所 限 ， 電 機(jī) 槽 數(shù) 、 元 件 數(shù) 及 換 向 片 數(shù) 不 可 能 無 限 增 加 ，因 此 產(chǎn) 生 紋 波 是 不 可 避 免 的 。 同 時(shí) ， 由 于 電 樞 鐵 心 有 齒 有 槽 ， 以 及 電 樞 鐵心 的 橢 圓 度 、 偏 心 等 等 ， 也 會(huì) 使 輸 出 電 勢(shì) 中 紋 波 幅 值 上 升 。減 小 的 措 施 ： 實(shí)

32、 用 的 測(cè) 速 機(jī) 在 結(jié) 構(gòu) 和 設(shè) 計(jì) 上 采 取 一 定 的 措 施 來 減 小 紋 波 幅 值 。 例 如 ， 無 槽電 樞 直 流 電 機(jī) 可 以 大 大 減 小 因 齒 槽 效 應(yīng) 而 引 起 的 輸 出 電 壓 紋 波 幅 值 ， 與 有 槽 電 樞 相 比 ， 輸 出 電 壓 紋 波 幅 值 可 以 減 小 五 倍 以 上 。 電 壓 方 程 式 Ua=Ea-IaRa改 寫 為 Ua=Ea-IaRw-Ub。 其 中 Rw為 電 樞 繞組 電 阻 ； Ub為 電 刷 接 觸 壓 降 。 LW bea RR UnCU 1 2.4.5 電 刷 接 觸 壓 降 Ua=f(n)為 線

33、性 關(guān) 系 的 另 一 個(gè) 條 件 是 電 樞 回 路 總 電 阻 Ra為 恒 值 。 實(shí) 際 上 ， Ra中包 含 的 電 刷 與 換 向 器 的 接 觸 電 阻 不 是 一 個(gè) 常 數(shù) 。 電 刷 和 換 向 器 的 材 料 ； 電 刷 的 電 流 密 度 ； 電 流 的 方 向 ； 電 刷 單 位 面 積 上 的 壓 力 ； 接 觸 表 面 的 溫 度 ； 換 向 器 圓 周 線 速 度 ； (電 流 密 度 ） 換 向 器 表 面 的 化 學(xué) 狀 態(tài) 和 機(jī) 械 方 面 的因 素 。產(chǎn) 生 原 因 電 刷 和 換 向 器 的 接 觸 情 況 還 與 化 學(xué) 、 機(jī) 械 等 因 素 有

34、關(guān) ， 它 們 引 起 電刷 與 換 向 器 滑 動(dòng) 接 觸 的 不 穩(wěn) 定 性 ， 以 致 使 電 樞 電 流 含 有 高 頻 尖 脈 沖 。為 了 減 少 這 種 無 線 電 頻 率 的 噪 聲 對(duì) 鄰 近 設(shè) 備 和 通 訊 電 纜 的 干 擾 ， 常常 在 測(cè) 速 機(jī) 的 輸 出 端 連 接 濾 波 電 路 。減 小 的 措 施 采 用 接 觸 壓 降 較 小 的 銀 石 墨 電 刷 。 在 高 精 度 的 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 中 還 采 用 銅電 刷 ， 并 在 它 與 換 向 器 接 觸 的 表 面 上 鍍 上 銀 層 ， 使 換 向 器 不 易 磨 損 。 2.5 直 流

35、 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 應(yīng) 用1、 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 中 作 為 測(cè) 量 或 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 之 用 ；2、 隨 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 用 來 產(chǎn) 生 電 壓 信 號(hào) 以 提 高 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性 和 精 度 ；3、 計(jì) 算 解 答 裝 置 中 作 為 微 分 和 積 分 元 件 。4、 測(cè) 量 各 種 機(jī) 械 在 有 限 范 圍 內(nèi) 的 擺 動(dòng) 或 非 常 緩 慢 的 轉(zhuǎn) 速 ， 并 可 代替 測(cè) 速 計(jì) 直 接 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 速 。應(yīng) 用 2、 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 分 類 及 各 自 特 性1、 交 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 可 靠 性 和 精 度 相 對(duì)

36、高 ， 使 用 較 為 廣 泛 輸 出 電 壓 斜 率 大 ， 沒 有 剩 余 電 壓 (即 轉(zhuǎn) 速 為 零 時(shí) 沒 有 輸 出 電 壓 )， 沒 有 相 位 誤差 (勵(lì) 磁 和 輸 出 電 壓 之 間 沒 有 相 位 移 )， 溫 度 補(bǔ) 償 容 易 實(shí) 現(xiàn) 等 具 體 應(yīng) 用1、 作 為 系 統(tǒng) 的 阻 尼 元 件 原 先 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 的 振 蕩 在 接 上 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 后 產(chǎn) 生 了 制 動(dòng) ， 從 而 改 善 了系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 性 能 。2、 對(duì) 旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 械 作 恒 速 控 制 調(diào) 節(jié) 負(fù) 載 阻 力 矩 的 擾 動(dòng) ， 使 旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 械 的 轉(zhuǎn) 速 變 化 很

37、小 ， 近 似 于 恒 速 。 2.6 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 性 能 指 標(biāo) l 線 性 誤 差 xl 輸 出 斜 率l 最 大 線 性 工 作 轉(zhuǎn) 速 nmaxl 負(fù) 載 電 阻 RLl 不 靈 敏 區(qū) nbL l 輸 出 電 壓 的 不 對(duì) 稱 度 k ub l 紋 波 系 數(shù) kul 變 溫 輸 出 誤 差 Utl 輸 出 電 壓 溫 度 系 數(shù) kt 表 2 - 1 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 主 要 性 能 指 標(biāo) 第 一 章 總 結(jié) 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 工 作 原 理 、 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 輸 出 特 性 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 工 作 原 理 、 直

38、流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 輸 出 特 性 ； 減 少 直流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 誤 差 的 方 法 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 的 發(fā) 展 方 向 及 其 應(yīng) 用 電 樞 反 應(yīng)重 點(diǎn) ：難 點(diǎn) ：主 要 掌 握 ：主 要 了 解 ： 思 考 題 與 習(xí) 題 1. 為 什 么 直 流 發(fā) 電 機(jī) 電 樞 繞 組 元 件 的 電 勢(shì) 是 交 變電 勢(shì) 而 電 刷 電 勢(shì) 是 直 流 電 勢(shì) ? 2. 如 果 圖 2 - 1 中 的 電 樞 反 時(shí) 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) ， 試 問 元件 電 勢(shì) 的 方 向 和 A、 B電 刷 的 極 性 如 何 ? 3. 為 了 獲 得 最 大 的 直 流 電

39、勢(shì) ， 電 刷 應(yīng) 放 在 什 么 位置 ? 為 什 么 端 部 對(duì) 稱 的 鼓 形 繞 組 (見 圖 2 - 3)的 電 刷 放 在磁 極 軸 線 上 ? 4. 為 什 么 直 流 測(cè) 速 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 不 得 超 過 規(guī) 定 的 最 高轉(zhuǎn) 速 ? 負(fù) 載 電 阻 不 能 小 于 給 定 值 ? 5. 如 果 電 刷 通 過 換 向 器 所 連 接 的 導(dǎo) 體 不 在 幾 何 中性 線 上 ， 而 在 偏 離 幾 何 中 性 線 角 的 直 線 上 ， 如 圖 2 - 29 所 示 ， 試 綜 合 應(yīng) 用 所 學(xué) 的 知 識(shí) ， 分 析 在 此 情 況 下 對(duì)測(cè) 速 機(jī) 正 、 反 轉(zhuǎn) 的

40、 輸 出 特 性 的 影 響 。 (提 示 ： 在 圖 中作 一 輔 助 線 。 ) 6. 具 有 16 個(gè) 槽 ， 16 個(gè) 換 向 片 的 兩 極 直 流 發(fā) 電 機(jī)結(jié) 構(gòu) 如 圖 2 - 30 所 示 。 (1) 試 畫 出 其 繞 組 的 完 整 連 接 圖 ； (2) 試 畫 出 圖 示 時(shí) 刻 繞 組 的 等 值 電 路 圖 ； (3) 若 電 樞 沿 順 時(shí) 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) ， 試 在 上 兩 圖 中 標(biāo) 出感 應(yīng) 電 勢(shì) 方 向 和 電 刷 極 性 ； (4) 如 果 電 刷 不 是 位 于 磁 極 軸 線 上 ， 例 如 順 時(shí) 針 方向 移 動(dòng) 一 個(gè) 換 向 片 的 距 離 ， 會(huì) 出 現(xiàn) 什 么 問 題 ? 圖 2 - 29 圖 2 - 30 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖