直流测速发电机应用案例

直流测速发电机应用案例 有关直流测速发电机特点、应用、控制的研究 摘要: 直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两种。电磁式励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。 关键词: 直流测速发电机 特点 应用 控制研究 0引言: 直流测速发电机是一种微型直流发电机，实质是一种转速测量传感器，将机械速度转变为电压信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件、校正元件等。在恒速控制系统中，测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速成正比的信号电压作为反馈信号，以调节速度。工作原理如图。 当被测装置带动发电机电枢旋转，电枢产生电动势Ea，其大小为 Ea=KEφn 发电机的输出电压为: U=Ea-RaIa=KEφn-RaIa 又:Ia=U/RL 故:U=(KEφ/1+ (Ra/RL))n 可见，当励磁电压Uf保持恒定时，φ 亦恒定，若Ra、RL不变，输出电压U的大小与转速n成正比(U=k n)。对于不同的负载电阻RL，测速发电机输出特性的斜率有所不同，如图2。由于电机电枢反应，使输出电压与转速有一定的线性误差。RL越小、n越大，误差越大。因此，应使RL和n的大小符合直流测速发电机的技术要求，以确保控制系统的精度。 2012年4月30日 直流测速发电机的输出特性 图为直流测速发电机在恒速控制系统中的应用图。其中，直流伺服电动机S M拖动机械负载，要求负载转矩变动时，系统转速不变。SM同轴连接直流测速发电机TG，将TG输出电压送入系统的输入端作为反馈电压Uf，且Uf与给定电压 恒速控制系统原理图 1直流测速发电机特点: 自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。据此，直流测速发电机在电气性能方面具有以下几项特点: 3.1输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性; 3.2温度变化对输出特性的影响要小; 3.3输出特性的斜率要大; 3.4输出电压的纹波要小，即要求在一定的转速下输出电压要稳定，波动要小; 3.5正，反转两个方向的输出特性要一致，实际应用中一般都是不一致的，稍有差别; 3.6体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通信的干扰小、噪声小等特点。 不难理解，第3项是为了提高测速发电机的灵敏度。因为输出特性斜率大，即是速度变化相对的电压变化大，这样，测速成机的输出对转速的变化很灵敏。 第1、2、4、5项是为了提高测速发电机的精度。因为只有输出电压和转速成线性关系，并且正、反转时 2012年4月30日 特性一致，温度变化对特性的影响越小，输出电压越稳定，则输出电压就越能精确地反映转速，这样才能对提高整个系统的精度有利。 2直流测速发电机应用: 直流测速发电机在自动控制系统和计算装置中可以作为测速元件、校正元件、 解算元件和角加速度信号元件。它可以测量各种机械在有限范围内的摆动或非常缓慢的转速，并可代替测速计直接测量转速。 3直流测速发电机的应用举例: 3.1直流测速发电机用作转速阻尼元件 图为雷达天线控制系统，直流测速发电机在系统中作阻尼元件使用，现侧重对直流测速发电机在该系统中的作用进行说明。如果由指挥仪输入自整角发送机一个转角a(由雷达天线跟踪的飞机反射回来的无线电波所决定)，而此时自整角接收机(或称自整角变压器)被驱动的转角为β(β是雷达天线跟踪飞机转角)，则自整角接收机就输出一个正比于(a - β)角度差的交流电压，此电压经解调、前置放大后变为U2=K1 (a - β)直流电压。 这里K1为解调装置和前置放大器综合放大倍数，另外直流测速发电机的输出电压为U3 = K2dB/dc。这里K2为直流测速发电机输出特性斜率(这样直流放大器的输入电压为:?U=(U2-U3)。 如果没有测速发电机，直流伺服电动机的转速仅正比于电压U,，当电动机旋转使β增大，直到β , α时，电动机输人电压U,,0,电动机应停转。但由于电动机及轴上负载的机械惯性，电机继续向β增大方向运动，从而使β , α.当U,?0时，电动机在此电压作用下，转速降为零后又反转。 同样，反转时，由于惯性又过了头，从而引起电动机输入电压极性改变，电机又改为正转，这样，系统就会产生振荡。 当接上测速发电机后，则当 α , β 时，虽然U,,,，但由于dβ/dt?0 ，则?U= U3 ?0,在此信号电压作用下，电动机提前产生与原来转向相反的制动转矩，阻止电动机继续向增大方向转动，因而电动机能很快地停留在β , α 位置。由此可见，由于系统中引入了测速发电机，就使得由于系统机械惯性引起的振荡受到了阻尼，从而改善了系统的动态性能。 3.2直流测速发电机用作反馈元件 2012年4月30日 图4一15为恒速控制系统原理图。直流伺服电动机的负载是一个旋转机械。当负载转矩变化时，电动机转速也随之改变，为了使旋转机械保持恒速，在电动机轴上藕合一台直流测速发电机，并将其输出电压Um反馈到放大器输入端。给定电压U1，取自可调的电压源。给定电压和测速发电机反馈电压相减后，作为放大器输入电压?U,U1- Um。 当负载阻转矩由于某种偶然因素增加时，电动机转速将减小，此时直流测速发电机输出电压Um也随之减小，而使放大器输入? U增加，电动机电压增加，转速增加(反之，若负载转矩减小，转速增加，则测速发电机输出增大，放大器输入电压减小，电机转速下降。这样，即使负载阻转矩发生扰动，由于测速发电机的速度负反馈所起的调节作用，使旋转机械的转速变化很小，近似于恒速，起到转速校正的作用( 4直流测速发电机的控制研究: 实际上直流测速发电机的输出特性Ua=f(n)并不是严格的线性塔形，而与线性特性之间存在有误差，下面讨论产生误差的主要愿意及减小误差的。 直流测速发电机的输出特性 误差分析:直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输 2012年4月30日 出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面: 4.1温度影响: 电机周围环境温度的变化以及电机本身发热都会引起电机绕组电阻的变化。当温度升高时，激磁绕阻电阻增大，激磁电流减小，磁通也随之减小，输出电压就降低。反之，当温度下降时，输出电压便升高。 处理方法:在激磁回路中串联一个阻值比激磁绕阻电阻大几倍的附加电阻来稳流，这样，尽管温度升高将引起激磁绕组电阻增大，但整个激磁回路的总电阻增加不多。附加电阻可以用温度系数较低的合金材料制成。 4.2电枢反应: 测速运行时，其电枢绕组的电流产生电枢磁场，它对激磁绕组磁场有去磁效应。而且负载电阻越小或是转速越高，负载电流就越大，去磁作用就越明显，造成输出特性曲线非线性误差增加。 处理方法:为了减小电枢反应对输出特性的影响，在直流测速发电机的技术条件中标有最大转速和最小负载电阻值在使用时，转速不得超过最大转速，所接负载电阻不得小于给定的电阻值，以保证非线性误差较小。 4.3电刷接触压降: 测速电机输出为线性关系的一个条件是电枢回路总电阻为恒值。实际上总电阻中包含的电刷和换向器的接触电阻不是一个常数。它与材料、电流密度、电流方向、电刷接触压力、接触面温度等因素有密切关系。电刷接触压降会在转速较低时，输出电压对转速的反应不灵敏，造成不灵敏区。 处理方法:采用接触压降较小的银---石墨电刷、高精度测速发电机采用铜电刷。并在电刷与换向器接触的表面上镀上银层，使换向器不易磨损。 参考文献: 1、程明主编，《微特电机及系统》，中国电力出版社。 2、百度文库>伺服电动机与测速发电 机。 3、“杭州康达股份有限公司”网页> 博文资讯> 发电机知识。