直流测速发电机的优缺点
测速发电机的应用-直流测速发电机测速误差分析及减小误差的方法.
测速发电机的应用-直流测速发电机测速误差分析及减小误差的方法研究论文毕业论文直流测速发电机作为自动控制系统中的校正元件，就其物理本质来说，是一种测量转速的微型直流发电机；从能量转换的角度看，它把机械能转换为电能，输出直流电；从信号转换的角度看，它把转速信号转换成与转速成正比的直流电压信号输出，因而可以用来测量转速。
1 自动控制系统对直流测速发电机的要求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应满足以下几项要求：（1）输出电压与转速的关系曲线（输出特性）aRL =∞应为线性Ua=K*n，如图1所示。
RL1（2）输出特性的斜率要大；（3）温度变化对输出特性的影响要小；RL2（4）输出电压的纹波要小；（5）正、反转两个方向的输出特性要一致。
RL1> RL2可以看出，第（2）项要求是为了提高测速发图1: 不同负载电阻时的电机的灵敏度。
因为输出特性斜率大，即△U/△n大，理想输出输出特性这样，测速机的输出对转速的变化很灵敏。
负载时输出电压与转速的关系式为：Ua=CeΦ*n/(1+Ra/Rl) 如果式中Ф、Ra和Rl都能保持常数，则Ua与n之间仍呈线性关系，只不过随着负载电阻的减小，输出特性的斜率变小而已，如图1所示。
第（1）、（3）、（4）、（5）项的要求是为了提高测速机的精度。
因为只有输出电压与转速成线性关系，并且正、反转时特性一致，温度变化对特性的影响越小，输出电压越稳定，输出电压才越能精确地反映转速，才能有利于提高整个系统的精度。
2 直流测速发电机的误差及其减小的方法实际上，测速发电机的输出特性不是严格地呈线性特性，实际特性与要求的线性特性间存在误差。
2．1 温度影响直流测速发电机Ua=f(n)为线性关系的条件之一是励磁磁通Ф为常数。
实际上，电机周围环境温度的变化以及电机本身发热（由电机各种损耗引起）都会引起电机绕组电阻的变化。
当温度升高时，励磁绕组电阻增大，励磁电流减小，磁通也随之减小，输出电压就降低。
直流电机的原理及优缺点
直流电机的原理及优缺点直流电机是一种将直流电能转化为机械能的设备，其基本原理是运用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律。
直流电机的基本结构由定子、转子、电刷和电枢组成。
定子是由绕组绕成的电磁铁，用于产生磁场。
转子是由绕组绕成的电刷，与定子的磁场相互作用产生转矩。
电刷则通过与转子电刷相接触并提供电能，将电能转化为机械能。
电刷由碳刷和电刷架组成，能够保持电源与电枢之间的通路，并传递电流。
直流电机的工作原理是利用洛伦兹力。
当电流通过电枢绕组时，电流产生的磁场与定子磁场相互作用，产生转矩。
转子在转动过程中，电刷不断地改变电源和电刷之间的连接，使电流的方向相对于磁场方向发生改变。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量改变时，会产生感应电动势，从而推动电流产生转矩。
这种转矩作用使得转子在磁场的作用下继续转动，将电能转化为机械能。
直流电机具有许多优点。
首先，直流电机具有良好的调速性能。
通过改变电压或者改变电枢绕组的连接方式，可以实现电机的调速。
其次，直流电机起动特性良好，起动电流可控，不会对电网产生冲击。
此外，直流电机转矩平稳，转速范围广，同时能够产生较高的转矩，适用于许多工况。
此外，直流电机的结构相对简单，制造和维修成本较低。
然而，直流电机也存在一些缺点。
首先，直流电机需要电刷与电刷架之间的摩擦接触，容易产生电火花和摩擦磨损，并且需要定期更换电刷。
其次，直流电机的结构相对较复杂，需要配备专门的控制器和启动器，增加了系统的复杂性。
此外，直流电机的电刷与电枢之间存在摩擦和磨损，使得电机效率相对较低。
最后，直流电机容量相对较小，功率有一定的限制。
总的来说，直流电机的工作原理是利用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律，具有调速性能好、起动特性良好和转矩平稳等优点。
然而，直流电机的摩擦和磨损问题以及结构复杂、效率低和功率限制等缺点仍然需要改进。
直流、交流测速发电机的工作原理
直流、交流测速发电机的工作原理来源：机械专家网发布时间：2010-03-20 机械专家网一、直流测速发电机：1、直流测速发电机的工作原理：在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。
显然输出电压与转速成正比。
2. 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：（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。
从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显著，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。
（2）温度的影响如果直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。
温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。
可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。
（3）接触电阻如果电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。
另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。
二、交流测速发电机：交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。
在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。
交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。
空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90°电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。
电机与电力拖动(第三版)习题参考答案~1
《电机与电力拖动》（第三版）习题及答案第1章思考题和习题一、填空题1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。
气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组2．直流电动机的电刷装置主要由、、、和等部件组成。
电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫3．电枢绕组的作用是产生或流过而产生电磁转矩实现机电能量转换。
感应电动势、电枢电流4．电动机按励磁方式分类，有、、和等。
他励、并励、串励、复励5．在直流电动机中产生的电枢电动势Ea方向与外加电源电压及电流方向，称为，用来与外加电压相平衡。
相反、反电势6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用____________表示。
输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩二、判断题(在括号内打“√”或打“×”)1．直流发电机和直流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。
（×）2．直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。
（×）3．串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。
（×）4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。
（√）5．直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。
（×）6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。
（√）三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( B )。
A．直流电流B．交流电流C．互相抵消，正好为零2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( B )。
A．应与主极绕组串联B．应与电枢绕组串联C．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联3．直流电动机的额定功率P N是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( A )。
A．从转轴上输出的机械功率B．输入电功率C．电磁功率4．直流电动机铭牌上的额定电流是。
电工技术习题答案第九章
第九章 控制电机习题参考答案1．什么叫步进电动机？步进电动机的转速是由哪些因素决定的？答：步进电动机是一种将脉冲信号转为相应的角位移或线位移的机电元件。
一般由专门的脉冲电源（步进电机驱动器）供电，当输入一个电脉冲信号时，它就前进一步，电动机轴上输出角位移量或线位移量与输入脉冲数成正比，而转速与脉冲频率成正比。
2．什么是步进电动机的步距角？什么是单三拍、六拍和双三拍工作方式？答：将定子绕组每改变一次通电方式，称为“一拍”。
步进电动机的每一拍转子所转过的角位移称为步距角 。
循环往复按A →B →C →A 或相反的顺序为控制绕组供电，是单三拍。
循环往复按A →AB →B →BC →C →CA →A 或相反的顺序为控制绕组供电，是六拍。
循环往复按AB →BC →CA →AB 或相反的顺序为控制绕组供电，是双三拍。
3．什么是伺服电动机的自转现象？如何消除？答：伺服电动机在控制电压为零时出现转动的现象被称为自转现象。
一般通过增大转子电阻等严格的电机参数设计可以彻底实现线性的调节特性，消除自转现象。
4．步进电动机驱动电源有什么作用？答：步进电动机的驱动电源。
主要包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器等三个部分，作为频率可变的专用的驱动电源来给步进电动机的各个定子绕组供电。
5．一台交流伺服电动机，额定转速为min /725r ，额定频率为50Hz ，空载转差率为0.0067，试求：极对数、同步转速、空载转速、额定转差率和转子电动势频率。
该电机为8极电机，p=4。
同步转速为750rpm 。
s=0.0067时，空载转速为744.975rpm 。
故感应电动势频率为Hz Hz f s f N 665.1500333.012=⨯==6．同步电动机的自控式变频和他控式变频有什么区别？答：它控式同步电动机变频调速，指采用独立的变频器直接拖动同步电动机开环调速方法，通过改变变频器的频率调节同步电动机的转速。
自控式同步电动机变频调速系统，是通过变频装置进行闭环控制来拖动同步电动机，避免了它控式同步机变频调速运行中会失步的缺点。
直流电机的工作原理及特性
f Bil
结论：
⒈虽然外施电压及电流都是直流，但在电枢绕组内部，电
枢电流和电枢电动势都是交流。这是通过换向片及电刷的
逆变作用，将外部直流变成内部的交流。
⒉虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但 从空间上看，由电枢电流所产生的磁场仍是一个恒定不变的 磁场。
注意：电刷固定在空间不动，而半圆铜片与导体一起旋转。
直流发电机原理示意图（1）
直流发电机原理示意图（2）
线圈电动势波形 ea
t
刷间电动势波形 Ea
t.
结论：
⒈在电枢线圈内的感应电动势及电流都是交流的。通过换向 片及电刷的整流作用才变成从外部看的两电刷间的直流电动 势。
⒉虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但从 空间上看，N极与S极下的电枢电流的方向是不变的。因此，由 电枢电流所产生的磁场从空间上看也是一个恒定不变的磁场.
2—电枢绕组：在固定的磁场中 旋转，主要作用是产生感应电动 势或产生机械转矩，实现能量的 转换。 3—电刷
4—换向片
3、4—换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转， 主要作用对发电机而言是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电 刷间的直流电势。对电动机而言，则是将外加的直流电流转换为 电枢绕组的交变电流，并保证每一磁极下，电枢导体的电流的方 向不变，以产生恒定的电磁转矩。
Ia——电枢电流（A）； Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
直流发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为 电源电动势。
直流电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为 反电动势。
2．电磁转矩TM
直流测速发电机的工作原理
Ia
=
Ua RL
（3-4）
经化简后为
U a= Ea
−
U R
a L
Ra
Ua
=
Ea
1+
Ra RL
=
Ke
1+
Ra RL
n = Cn
（3-5）
式中
C
=
Ke
1+
Ra RL
C 为测速发电机输出特性的斜率。当不考虑电枢反应，且认为Φ、 Ra 和 RL 都能保持为常
数，斜率 C 也是常数，输出特性便有线性关系。对于不同的负载电阻 RL ，测速发电机输出特性
（1）输出电压与转速保持良好的线性关系； （2）剩余电压（转速为零时的输出电压）要小； （3）输出电压的极性和相位能反映被测对象的转向； （4）温度变化对输出特性的影响小； （5）输出电压的斜率大，即转速变化所引起的输出电压的变化要大； （6）摩擦转矩和惯性要小。 此外，还要求它的体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通讯的干扰小、噪声 小等。
1
此外，还有性能和可靠性更高的无刷测速发电机。
§3-2 直流测速发电机
一、直流测速发电机的型式 直流测速发电机实际上是一种微型直流发电机。按励磁方式可分为两种型式。 １．电磁式 表示符号如图 3-2（a）所示。定子常为二极，励磁绕组由外部直流电源供电，通电时产生 磁场。目前，我国生产的 CD 系列直流测速发电机为电磁式。 2．永磁式 表示符号如图 3-2（b）所示。定子磁极是由永久磁钢做成。由于没有励磁绕组，所以可省 去励磁电源。具有结构简单，使用方便等特点，近年来发展较快。其缺点是永磁材料的价格较 贵，受机械振动易发生程度不同的退磁。为防止永磁式直流测速发电机的特性变坏，必须选用 矫顽力较高的永磁材料。目前，我国生产的 CY 系列直流测速发电机为永磁式。
微特电机论文---有关直流测速发电机特点、应用、控制的研究
微特电机及系统论文题目：有关直流测速发电机特点、应用、控制的研究物联网工程学院电气工程及其自动化专业作者姓名：李晴、杨晶晶、柏塔、汤一林、许博作者班级：电气0801指导老师：方光辉有关直流测速发电机特点、应用、控制的研究中文摘要：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正文：一、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：1、输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性；2、温度变化对输出特性的影响要小；3、输出特性的斜率要大；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；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。
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。
二、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直流测速发电机的应用举例：㈠、直流测速发电机用作转速阻尼元件上图为雷达天线控制系统（图４－９），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。
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要求：自动控制系统对测速发电机的基本要求是：⑴ 输出电压应与转
速成正比且比例系数要大；⑵ 转动惯量小。此外，还要求它对无线电 通讯干扰小、噪声低、工作可靠等。
5.2 直流测速发电机
5.2.1 输出特性
5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法
5.2.3 直流测速发电机的主要性能指标
5.2 直流测速发电机
6. 纹波系数
5.2.3 直流测速发电机的主要性能指标
1.线性误差 l
它是在工作转速范围内，实际输出特性曲线与过OB的线性输出特性 之间的最大差值 ΔU m与最高线性转速 nmax 在线性特性曲线上对应的 电压 U m之比。
l
5 6
ΔU m 100% Um
在图5-10中，B点为 nb nmax时实 际输出特性的对应点。
第5章 测速发电机
5.1 概述 5.2 直流测速发电机 5.3 感应测速发电机 5.4 测速发电机的选择及应用举例
5.1概述
功能：测速发电机是一种把转子转速转换为电压信号的机电式元件。 它的输出电压与转速成正比关系，即 U a Kn
或
U a K K d dt
测速发电机的输出电压能表征转速，因而可用来测量转速；测速发电机 的输出电压正比于转子转角对时间的微分，在解算装置中可以把它作为 微分或积分元件。 分类：按结构和工作原理的不同，测速发电机分为直流测速发电机、 感应测速发电机和同步测速发电机，近年来还有采用新原理、新结构 研制的霍尔效应测速发电机等。
出特性斜率发生变化。 改变转子转向，Ua的极性随之改变。 图5-2 不同负载时的理想输出特性
5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法
1. 电枢反应的影响 2. 延迟换向的影响
3. 温度的影响
4. 纹波的影响 5. 电刷接触压降对输出特性的影响
5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法
在实际运行中，Ua~n之间并不能严格地保持正比关系，即存在误差。 现在分析产生误差的主要原因和解决方法。
一般 l 为1%~2%，对于较精密系 统要求 l为0.1%~0.25%。
图5-10 线性误差
5.2.3 直流测速发电机的主要性能指标
2. 灵敏度
灵敏度也称输出斜率，是指在额定励磁电压下，转速为1000 r／min时 所产生的输出电压。一般直流测速发电机空载时可达(10 ~ 20)V 。测速 发电机作为阻尼元件使用时，灵敏度是其重要的性能指标。
条件中标有最高转速和最小负载
电阻。
图5-5 电枢反应对输出特性的影响
5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法
2. 延迟换向的影响
换向元件中总电动势为eK eL ea 。eK阻碍电流变化，使换向延迟，称 延迟换向。由于换向元件被电刷短路，eK在换向元件中产生与其方向
一致的附加电流iK，iK产生磁通 K , K 对主磁通起去磁作用。
1. 电枢反应的影响
当发电机带上负载后，电枢中有电流Ia通过，故产生电枢磁场。电枢 磁场的大小与电枢电流Ia有关，方向与励磁磁场正交。由于电枢磁场
的存在，使气隙中的合成磁场产生畸变，这种作用称为电枢反应。
磁路饱和时，电枢反应有去磁效
应。负载电阻越小或转速越高，
去磁效应越强。 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
图5-6 换向元件中的电动势方向
2 ea n 2，因此 K n 2。 分析表明 eL n ，
通常采用限制最高转速的措施来减小延迟换向去磁效应的影响。
5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法
3. 温度的影响
在应用中，发电机本身会发热，而且环境温度也是变化的。导致励磁 绕组电阻变化，将引起励磁电流和磁通的变化，使输出电压与转速之
称为纹波。
纹波的大小和频率与电枢绕组的元件数有关，元件数越多，其脉动的频 率越高，幅值越小。
纹波电压的存在对于测速发电机是不利的，当用于转速控制或阻尼元件
时，对纹波电压的要求较高，而在高精度的解算装置中则要求更高。 纹波系数是指在一定转速下，输出电压中交变分量的有效值与直流分
量之比。
目前国产测速发电机已做到纹波系数小于1%，国外高水平测速发电机 纹波系数已降到0.1%以下。
图5-8 电刷接触电压 ΔU b f (ia )
接触电压的影响 导致输出特性存在不灵敏区。
图5-9 考虑电刷接触压降后 的输出特性
减小影响措施 采用接触压降小的电刷 。
5.2.3 直流测速发电机的主要性能指标
1. 线性误差 2. 灵敏度 3. 最高线性工作转速和最小负载电阻 4. 不灵敏区 5. 输出电压的不对称度
当接负载时，电压平衡方程式为 U a Ea I a Ra
5.2.1 输出特性
由于负载电流 I a U a / RL ，可得
U a Ea /(1 Ra / RL ) Ce n /(1 Ra / RL )
可以看出，只要保持 、Ra、RL 不变，Ua与n之间就成正比关
系。当负载RL变化时，将使输
5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法
5. 电刷接触压降对输出特性的影响
考虑到电刷接触电压的影响，输出特性的方程式可改写为
U a Ea I a Ra Ea I a RW ΔU b
即
U a (Ce n ΔU b ) /(1 RW / RL )
ΔU b 的变化规律
按励磁方式不同，直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两大类。其 结构和工作原理与普通直流发电机基本相同。
5.2.1 输出特性
输出特性是指输出电压Ua与输入
转速n 之间的函数关系。 当直流测速发电机的输入转速为 n，且励磁磁通恒定不变时，电 枢电动势为
Ea Ce n Ke n
图5-1 直流测速发电机原理电路
间不再是严格的线性关系。
解决方法： ⑴ 励磁回路串联热敏电阻并联网络。 ⑵ 励磁回路串联阻值较大、温度系数
很小的附加电阻R。
⑶ 将磁路设计得比较饱和。
图5-7 励磁绕组补偿电路
5.2.2 直流测速发电机的误差及其减小方法
4. 纹波的影响
根据 Ea Ce n ，当 、n 为定值时，电刷两端输出不随时间变化的直流 电动势。实际的电机输出电动势总是带有微弱的脉动，通常把这种脉动