6.2 测速发电机（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目6 特种电机 6.2 测速发电机 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够理解直流测速发电机的输出特性，掌握输出电压与转速的关系，明确理想输出特性和实际输出特性的差异及原因。 2.能够清晰阐述直流测速发电机的误差类型，如电枢反应误差、电刷接触电阻误差、温度误差等，并深入理解每种误差产生的机制。 能力目标 1.培养逻辑思维能力，能够系统地分析直流测速发电机和交流异步测速发电机的工作原理、特性及误差等内容，形成清晰的知识框架。 2.提高分析问题和解决问题的能力，能够运用所学知识，分析测速发电机在实际运行中出现的问题，并提出有效的解决方案。 情感目标 1.培养对电机学的学习兴趣和热情，激发主动探索科学知识的欲望。 2.通过对测速发电机在实际工程中应用的介绍，体会到科学知识与实际生活的紧密联系，增强将理论知识应用于实际的意识。 项目6 特种电机 导入情景 01 测速发电机 数控机床 新知学习 02 一、测速发电机 测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机两种。 在实际应用中，对测速发电机主要有以下几个方面的要求。 (1)线性度要好，输出电压要和转速成正比 (2)转动惯量要小，以保证测速的快速性。 (3)灵敏度要高，即输出特性的斜率要大，较小的转速变化能够引起输出电压变化 (4)正、反转两个方向的输出特性要一致。 新知学习 02 二、直流测速发电机 1.直流测速发电机的输出特性 输出电压与转速之间的关系为 直流测速发电机的工作特性，即输出电压与转速之间的关系称为输出特性，如图6-14所示，图中R为负载电阻。 直流测速发电机实际上是微型直流发电机，根据励磁方式分为永磁式和电磁式两种。常用的是永磁式测速发电机，因为它结构简单，省去励磁，因此便于使用，并且温度变化对励磁磁通的影响较小，但永磁材料较贵。 新知学习 02 二、直流测速发电机 2.直流测速发电机的误差及减小误差的方法 实际测速发电机的输出电压与转速间并不是严格的正比关系，会产生一些误差。 产生误差的原因主要有以下几个方面。 (1)电枢反应。电枢反应使得主磁通随负载的电流变化，特性曲线下弯，如图6-14所示的R1、R2曲线。 解决的办法除了在结构上采取措施外，尽量增加负载电阻，减小负载电流对电枢反应的影响，还可以提高测速发电机的灵敏度，即增大斜率。 新知学习 02 二、直流测速发电机 (2)电刷接触电阻。电刷和换向器之间存在接触电阻，将会分得一部分电压，从而使输出电压处出现死区，并且接触电阻的变化与转速的变化呈现非线性关系。 (3)纹波影响。由于换向片的数量有限，实际输出电压是一个脉动的电流，对高精度系统影响很大。为消除影响可采用滤波电路。 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 交流测速发电机分为同步和异步两类。同步测速发电机就是永磁转子的单相同步发电机由于输出的频率随转速变化，故应用很少;应用最广泛的是异步测速发电机。 1.结构与原理 异步测速发电机在结构上与交流伺服电动机相似，它的定子上也有两个空间上互差 90电角度的绕组。其中一个是励磁绕组，另一个用来输出电压，称为输出绕组。 异步测速发电机转子有笼形和空心杯形两种。前者的转动惯量大、性能差，后者用得最广泛。空心杯形转子异步测速发电机的基本结构与空心杯形交流伺服电动机相同。 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 交流测速发电机工作原理如图 6-15所示。异步测速发电机的空心杯形转子可以看成是由很多导体并联而成的。 定子励磁绕组加大小不变的交流励磁申压U1后，励磁电流在励磁绕组的轴线方向上产生了随时间按正弦规律变化的脉振磁通色。当转子静止不动时，异步测速发电机类似于一台变压器，励磁绕组相当于变压器的一次绕组，转子导体相当于变压器的二次绕组。由于磁通的方向与输出绕组的轴线垂直，所以不会在输出绕组中产生感应电动势，当转子不动时，输出绕组的输出电压 U2等于零。 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 当转子旋转时，转子导体因切制磁通而产生感应电流，转子电流又产生磁通,此磁通在空间上是固定的，与输出绕组轴线相重合。在时间上是按正弦规律变化的，因此在输出绕组中感应出频率相同的输出电压 U2。杯形转子中感应电流的大小与转子的转速成正比，因此，输出电压与转子的转速成正比。转子反转时，输出电压的相位也相反。只要用一个电压表，就可测出速度大小及方向。 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 2.工作特性 交流测速发电机的工作特性是输出特性，包括输出幅值特性和输出相位特性。 控制系统不仅要求交流测速发电机输出电压的大小与转速成正比，而且希望输出电压与励磁电压的相位相同。 在一定的励磁电压下，交流测速发电机输出电压的幅值有效值与转速的关系称为输出幅值特性，即 U0=f(n);输出电压与励磁电压的相位差(输出相位)与转速的关系称为输出相位特性，即(n) 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 在理想情况下，输出幅值特性是一条通过原点的直线，输出相位特性是一条与横轴几乎重合的直线，如图 6-16 所示。 (1)n=0时测速发电机不转。当转速n=0时，转子中的电动势为变压器性质电动势,该电动势产生的转子磁动势性质和励磁磁动势相同，均为直轴磁动势;输出绕组由于与励磁绕组在空间位置上相差 90°电角度，因此不产生感应电动势输出电压 U2=0。 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 (2)n0 时测速发电机旋转。测速发电机旋转产生切割电动势Er，大小为 转子中感应电动势在杯形转子中产生短路电流，考虑转子漏抗的影响，转子电流要滞后转子感应电动势一定的电角度。短路电流 产生脉振磁动势 ，可分解为直轴磁动势 和交轴磁动势，直轴磁动势将影响励磁磁动势并使励磁电流发生变化，交轴磁动势产生交轴磁通。交轴磁通与输出绕组交链感应出频率与励磁频率相同、幅值与交轴磁通成正比的感应电动势E2。 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 3.异步测速发电机的误差 异步测速发电机的误差主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差。 (1)幅值及相位误差。 产生原因:励磁绕组存在漏电感，产生线性误差。 减小该误差的方法:增大转子电阻和在励磁绕组中接入适当的电容加以补偿。 新知学习 02 三、交流异步测速发电机 (2)剩余电压误差。 产生原因:加工、装配过程中存在机械上的不对称及定子磁性材料性能的不一致，使得测速发电机转速为零时，实际输出电压并不为零，此时的电压称为剩余电压剩余电压引起的误差称为剩余电压误差。 减小剩余电压误差的方法:绕组采用 4 极，选择高质量的各方向特性一致的磁性材料，在机加工和装配过程中提高机械精度以及装配补偿绕组。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 直流测速发电机在（ ）时，输出电压与转速有较好的线性关系。 A. 负载电阻较小 B. 负载电阻较大 C. 励磁电流较小 D. 励磁电流较大 答案：B 解析：负载电阻较大时，电枢电流较小，电枢反应的去磁作用较弱，输出电压与转速的线性关系较好。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 直流测速发电机的输出特性是指（ ）。 A. 输出电压与励磁电流的关系 B. 输出电压与负载电阻的关系 C. 输出电压与转速的关系 D. 输出电流与转速的关系 答案：C 解析：直流测速发电机的输出特性是指输出电压与转速之间的关系。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 为了减小直流测速发电机的温度误差，可以采用（ ）。 A. 金属电阻 B. 热敏电阻 C. 康铜丝绕制的电阻 D. 碳膜电阻 答案：C 解析：康铜丝的电阻温度系数小，用康铜丝绕制的电阻可以减小温度误差。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 直流测速发电机在理想情况下，输出电压与转速的关系是（ ）。 A. 线性关系 B. 非线性关系 C. 指数关系 D. 对数关系 答案：A 解析：在理想情况下，直流测速发电机的输出电压 U = Cₑn，呈线性关系。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 交流异步测速发电机的输出电压与（ ）有关。 A. 励磁电压 B. 转速 C. 负载电阻 D. 以上都是 答案：D 解析：交流异步测速发电机的输出电压与励磁电压、转速、负载电阻等都有关系。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 交流异步测速发电机的误差主要有（ ）。 A. 线性误差 B. 相位误差 C. 剩余电压误差 D. 以上都是 答案：D 解析：交流异步测速发电机存在线性误差、相位误差、剩余电压误差等。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 交流异步测速发电机的输出电压的频率（ ）。 A. 与励磁电压频率相同 B. 与转速有关 C. 为零 D. 不确定 答案：A 解析：交流异步测速发电机的输出电压的频率与励磁电压频率相同。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 交流异步测速发电机在（ ）时，线性度较好。 A. 低转速 B. 高转速 C. 中转速 D. 任何转速 答案：C 解析：交流异步测速发电机在中转速时，线性度较好。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 直流测速发电机有哪些误差？如何减小这些误差？ 答案： 直流测速发电机的误差主要包括电枢反应误差、电刷接触电阻误差、温度误差等。减小误差的方法如下： 电枢反应误差：可通过增加补偿绕组来补偿电枢反应的去磁作用，使气隙磁通保持稳定。 电刷接触电阻误差：采用高精度的电刷，减小接触电阻的变化。 温度误差：选用电阻温度系数小的材料，如康铜丝绕制电阻；或采用温度补偿电路来减小温度对输出电压的影响。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 交流异步测速发电机的工作特性有哪些？ 答案： 交流异步测速发电机的工作特性包括输出特性、线性度和相位特性。输出特性是指输出电压与转速的关系。在一定转速范围内，输出电压与转速近似呈线性关系，但在低转速和高转速时，线性度会变差。线性度用于衡量输出电压与转速之间的线性程度。相位特性是指输出电压与励磁电压之间的相位差，它与转速有关。 1.直流测速发电机输出特性：理想情况下，直流测速发电机的输出电压，与转速呈线性关系。 2.交流异步测速发电机结构与原理： 结构上，交流异步测速发电机由定子和转子组成。定子上有励磁绕组和输出绕组，转子通常采用非磁性空心杯结构。 工作原理是：当励磁绕组加上交流电压时，产生一个脉振磁通。转子静止时，输出绕组中感应电压为零；转子旋转时，转子切割磁通，在转子中产生感应电流，该感应电流又产生一个磁场，这个磁场与定子脉振磁通相互作用，使输出绕组中产生感应电动势，其大小和频率与转速有关。 课堂小结 04 作业布置 05 详细阐述直流测速发电机输出特性的理想情况与实际情况，并分析产生差异的原因。 总结直流测速发电机的误差类型，针对每种误差详细说明减小误差的具体措施及原理。 简述交流异步测速发电机的结构特点，以及这些结构特点如何影响其工作原理。 感谢观看 $$