控制电机第四章 交流异步测速发电机
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第四章 交流电动机调速控制系统
r12
(X1
c1 X
' 20
)2
]
（4-8）
因 r12
(X1
c1
X
' 20
)
2
，近似得：
Mm
1 2c1
2f1[r1
m1PU12
(X1
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)]
（4-9）
2. 生产机械的转矩特性
摩擦类 特性曲线见图（a） 负载： ，位于1、3象限。
生产机械
恒转矩负载：它的负载转矩是一 个恒值，不随转速 而改变。
——定子极对数
（4-3）
4)．传给转子的功率（又称电磁功率）与机械功率、转子铜耗之间有如下
关系式 ： PMX PM PM 2 (1 S)PM
（4-4）
式中：
PM ——传给转子的功率（又称电磁功率）
PMX ——机械功率
PM 2 ——转子铜耗
5)．电机的平均转矩为：
M CP
PMX
M0 Mn 否则电机无法进入正常运转工作区。
交流机的起动电流一般为额定电流的4~6倍 ,起动时 一般要考虑以下几个问题：
图4-7 机械特性曲线
1. 应有足够大的起动力矩和适当的机械特性曲线。 2. 尽可能小的起动电流。 3．起动的操作应尽可能简单、经济。 4．起动过程中的功率损耗应尽可能小。
普通交流电机在起动过程中为了限制起动电流，常用的起动方法有三种。即：
图6-1的等效电路，经化简后得到能耗制动的等效电路如图4-10所示。
图4-10 能耗制动的等效电路
图中：
•
I1 ——直流励磁电流的等效交流电流
电机及拖动基础(第5版)课件：控制电机
当控制电压Uc=0时，Ic=0，电磁转矩T=0，
电动机立即停转。保证了电动机无“自转”
现象，所以直流伺服电动机是自动控制系 统中一种很好的执行元件。
电枢控制
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
一、直流伺服电动机
特
机械特性
n UC Ra T Ce CeCT 2
性
调节特性 T一定时的n=f(Uc)
交流伺服电动机的原理图
自转现象：
当转子转动起来以后，控 制信号消失，即断开控制 绕组，变成单相时，电动 机仍然能够转动。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。
变成单相后，电磁转矩>0, 与转速的方向相同，电动 机仍然能够转动。
变成单相后，电磁转矩<0, 与转速的方向相反，制动 作用，电动机立即停传。
不同T时的调 特族是线性的
与他励 直流电 动机改 变电枢 电压时 的人为 机特相 似。
不同Uc时的机 特族是线性的
始 动 电 T1 压
T一定 Uc越大 n越高
控制电压UC越大，则n=0时对应 的起动转矩T也越大，越利于起动。
控制电压UC<始动电压Uc0，电 动机不转—“失灵区”。同样的 T下，失灵区越小，灵敏度越高。
生一个旋转电动势Erq，其有效值为：
Erq CqΦd n
转子绕组中将产生
交流电流Irq
Irq产生 Φq ( kErq )
略电抗， 两者同相
E2 4.44 f1N2KN2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电动 势E2的大小与转速n成正比。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
自控系统对测发的主要要求：
电动机立即停转。保证了电动机无“自转”
现象，所以直流伺服电动机是自动控制系 统中一种很好的执行元件。
电枢控制
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
一、直流伺服电动机
特
机械特性
n UC Ra T Ce CeCT 2
性
调节特性 T一定时的n=f(Uc)
交流伺服电动机的原理图
自转现象：
当转子转动起来以后，控 制信号消失，即断开控制 绕组，变成单相时，电动 机仍然能够转动。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。
变成单相后，电磁转矩>0, 与转速的方向相同，电动 机仍然能够转动。
变成单相后，电磁转矩<0, 与转速的方向相反，制动 作用，电动机立即停传。
不同T时的调 特族是线性的
与他励 直流电 动机改 变电枢 电压时 的人为 机特相 似。
不同Uc时的机 特族是线性的
始 动 电 T1 压
T一定 Uc越大 n越高
控制电压UC越大，则n=0时对应 的起动转矩T也越大，越利于起动。
控制电压UC<始动电压Uc0，电 动机不转—“失灵区”。同样的 T下，失灵区越小，灵敏度越高。
生一个旋转电动势Erq，其有效值为：
Erq CqΦd n
转子绕组中将产生
交流电流Irq
Irq产生 Φq ( kErq )
略电抗， 两者同相
E2 4.44 f1N2KN2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电动 势E2的大小与转速n成正比。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
自控系统对测发的主要要求：
常用电机与控制—测速发电机
U2∝Φ1·n∝U1·n 上式表明，当励磁绕组加上电源电压 U1，测速发电机以转速 n 转动时，它的输出绕 组就产生输出电压 U2，U2 的大小与转速 n 成正比。当转动方向改变时，U2 的相位也改变 180°。如果转子不动，输出电压为零，这样就把转速信号转换成电压信号。 实际上交流测速发电机没有像上面所讲的那样理想，而存在着一定的线性误差，主 要由于Φ1 并非常数。因为励磁绕组与转子杯间的关系相当于变压器原、副绕组间的关 系，所以Φ1 是由励磁电流和转子电流共同产生的。而转子电动势和转子电流与转速有 关，因此当转速变化时，励磁电流 I1（还有励磁绕组的阻抗压降）和磁通Φ1 都将发生 变化。这样，就破坏了输出电压 U2 与转速 n 之间的线性关系。 二、直流测速发电机 主要介绍他励式直流测速发电机。其结构和直流伺服电动机一样，它的接线图如图 3 所示。
图 3 他励测速发电机接线图 直流测速发电机的主要特性也是输出电压正比转速。直流测速发电机的基本公式之 一是：
E＝TE·Φ·n 上式表明直流测速发电机的电动势 E 是正比于磁通Φ与转速 n 的乘积的。在他励测 速发电机中，如果保持励磁电压 U1 为定值，而磁通Φ也是常数；因此，E 正比于 n。 直流测速发电机的输出电压（即电枢电压）为：
常用电机与控制—测速发电机
在自动控制系统中，测速发电机一般用来测量和调节转速，或将它的输出电压反馈 到电子放大器的输入端以稳定转速。
测速发电机按电流种类可分为直流和交流两种。下面分别介绍交流测速发电机和直 流测速发电机的工作原理。
一、交流测速发电机 交流测速发电机分同步式和异步式两种，现以异步式发电机为例，介绍其工作原理。 它的定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为励磁绕组 1，另一个输出电压，称为输 出绕组 2；两个绕组的轴线互相垂直，在空间上相隔 90°，其原理如图 1 所示。它的转 子一般为杯形转子，通常是由铝合金制成的空心薄壁圆筒。此外，为了减少磁器的磁阻， 在空心杯形转子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视作由无数并联的导体 条组成，和鼠笼转子一样。
图 3 他励测速发电机接线图 直流测速发电机的主要特性也是输出电压正比转速。直流测速发电机的基本公式之 一是：
E＝TE·Φ·n 上式表明直流测速发电机的电动势 E 是正比于磁通Φ与转速 n 的乘积的。在他励测 速发电机中，如果保持励磁电压 U1 为定值，而磁通Φ也是常数；因此，E 正比于 n。 直流测速发电机的输出电压（即电枢电压）为：
常用电机与控制—测速发电机
在自动控制系统中，测速发电机一般用来测量和调节转速，或将它的输出电压反馈 到电子放大器的输入端以稳定转速。
测速发电机按电流种类可分为直流和交流两种。下面分别介绍交流测速发电机和直 流测速发电机的工作原理。
一、交流测速发电机 交流测速发电机分同步式和异步式两种，现以异步式发电机为例，介绍其工作原理。 它的定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为励磁绕组 1，另一个输出电压，称为输 出绕组 2；两个绕组的轴线互相垂直，在空间上相隔 90°，其原理如图 1 所示。它的转 子一般为杯形转子，通常是由铝合金制成的空心薄壁圆筒。此外，为了减少磁器的磁阻， 在空心杯形转子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视作由无数并联的导体 条组成，和鼠笼转子一样。
测速发电机ppt资料
第五页，编辑于星期五：十四点 十分。
以频率f交变的切割电动势与其转子绕组
所切割的直轴磁通 、 切d 割速度n及由电机本
身结
为
构
决定
的
电动势
常数Ce
有关，它的
有
效值
EqCed n
（8-1）
以频率f交变的输出绕组感应电势，与输出绕
组交链的交轴磁通
它的有效值E2为
及输出绕组 q的匝数N2有关，
由此看出，当励E磁2 电4压.4U4ff及N2 频q率f恒定时有（8-2）
（8-3）
机可以即将E其2与转nE 速成2值 正 一比q一关 对系Iq应。 地E 可q转见 换，n成异输步出测电速压发值电。
输出出特电性压，U如2与图转9.速6所的示关。系实曲际线上，由于存称在为漏输 阻抗、负载变化等问题，直轴磁通 是变化
的，U输2 出f(电n) 压与转速不是严格的正比关系， 输出特性呈现非线性，如图8.6中曲线1所示。
1—空心杯转子；2—外定子；3— 内定子；
4—励磁绕组；5—输出绕组
图8.4 空心杯转子测速发电机结构
第三页，编辑于星期五：十四点 十分。
2．基本工作原理
异步测速发电机的工作原理
可励以磁由绕图组8，.5N来2是说输明出。绕图 组中 N。1 由是 于转子电阻较大，为分析方便 起见，忽略转子漏抗的影响， 认为感应电流与感应电动势同 相位。 电发 电压给机U励f的恒磁气定绕隙的组中单N便相1会交加生流频成电率一，f 恒个测定频速， 率向为（f即、方d轴向方为向励）磁的绕组脉N振1轴磁线动方势 及相应的脉振磁通，分别称为 励磁磁动势及励磁磁通。
a
（8-5） R 第它三的页 励，磁编绕U辑组于电星阻期会E五因：电十机四工点作C温十e度分的。变n化而变化，使励L磁电流及其生成的磁通随之变化，产生线性误差。
以频率f交变的切割电动势与其转子绕组
所切割的直轴磁通 、 切d 割速度n及由电机本
身结
为
构
决定
的
电动势
常数Ce
有关，它的
有
效值
EqCed n
（8-1）
以频率f交变的输出绕组感应电势，与输出绕
组交链的交轴磁通
它的有效值E2为
及输出绕组 q的匝数N2有关，
由此看出，当励E磁2 电4压.4U4ff及N2 频q率f恒定时有（8-2）
（8-3）
机可以即将E其2与转nE 速成2值 正 一比q一关 对系Iq应。 地E 可q转见 换，n成异输步出测电速压发值电。
输出出特电性压，U如2与图转9.速6所的示关。系实曲际线上，由于存称在为漏输 阻抗、负载变化等问题，直轴磁通 是变化
的，U输2 出f(电n) 压与转速不是严格的正比关系， 输出特性呈现非线性，如图8.6中曲线1所示。
1—空心杯转子；2—外定子；3— 内定子；
4—励磁绕组；5—输出绕组
图8.4 空心杯转子测速发电机结构
第三页，编辑于星期五：十四点 十分。
2．基本工作原理
异步测速发电机的工作原理
可励以磁由绕图组8，.5N来2是说输明出。绕图 组中 N。1 由是 于转子电阻较大，为分析方便 起见，忽略转子漏抗的影响， 认为感应电流与感应电动势同 相位。 电发 电压给机U励f的恒磁气定绕隙的组中单N便相1会交加生流频成电率一，f 恒个测定频速， 率向为（f即、方d轴向方为向励）磁的绕组脉N振1轴磁线动方势 及相应的脉振磁通，分别称为 励磁磁动势及励磁磁通。
a
（8-5） R 第它三的页 励，磁编绕U辑组于电星阻期会E五因：电十机四工点作C温十e度分的。变n化而变化，使励L磁电流及其生成的磁通随之变化，产生线性误差。
推荐-交流测速发电机的工作原理与应用 精品
交流测速发电机的工作原理与应用摘要：摘要：本文阐述了交流测速发电机的工作原理，并对其误差产生的原因进行了深入的分析，同时提出了减少误差的解决方法，说明了交流测速发电机的实用性。
关键词：关键词：交流测速发电机工作原理误差解决方法测速发电机是一种测量转速的微型发电机，它把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求输出的电压信号与转速成正比。
自动控制系统对测速发电机的要求主要有以下几个方面：线性度要好，最好在全程范围内输出电压与转速之间成正比关系;测速发电机的转动惯量要小，以保证测速的快速性;测速发电机的灵敏度要高，较小的转速变化也能引起输出电压有明显的变化。
此外，还要求它对无线电通信干扰小、噪声小、结构简单、工作可靠、体积小和质量轻等。
测速发电机分直流测速发电机和交流测速发电机两大类。
交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。
同步测速发电机的输出频率和电压幅值均随转速的变化而变化，因此一般用做指示式转速计，很少用于控制系统中的转速测量;异步测速发电机的输出电压频率与励磁电压频率相同而与转速无关，其输出电压与转速成正比，因此在控制系统中得到广泛的应用。
1交流异步测速发电机的结构交流测速发电机的转子结构型式有空心杯型和笼型的。
笼型转子测速发电机输出斜率大但特性差、误差大、转子惯量大，一般只用在精度要求不高的系统中。
空心杯型转子测速发电机其杯型转子在转动过程中，内外定子间隙不发生变化，磁阻不变，因而气隙中磁通密度分布不受转子转动的影响，输出电压波形比较好，没有齿谐波而引起的畸变，精度较高，转子的惯量也较小，有利于系统的动态品质，是目前应用最广泛的一种交流测速发电机。
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。
若机座号较小时，空间相差90°电角度的两相绕组全部嵌放在内定子铁心槽内，其中一相为励磁绕组，另一相为输出绕组。
若机座号较大时，常把励磁绕组嵌放在外定子上，而把输出绕组嵌放在内定子上，以便调节内、外定子间的相对位置，使剩余电压最小。
电机与电气控制技术(第五版)课件第4章
本章主要介绍直流电动机、直线电动机、伺服电动机、步进电动机、测速发 电机和微型同步电动机。
第一节 直流电动机1
直流电动机是指输入直流电能输出机械能的旋转机械。 直流电动机由于具有调速性能好、起动转矩大的优点曾被广泛使用 过，但它的结构较复杂、使用维护较麻烦，已基本上被交流电动机取代。 一、直流电动机的工作原理 直流电动机是依据载流导体在磁场中受力而旋转的原理制造的。通 常磁场固定不动，而导体做成可在磁场中绕中心轴OO，旋转，如图4-1中 线圈abcd。为了使线圈abcd在不同的磁场位置下按同一方向旋转，采用 了电刷和换向器结构。但也正是这个电刷和换向器结构，使直流电动机 的结构变得复杂，成了它的致命所在。
第四节 测速发电机2
二、直流测速发电机 1．直流测速发电机的结构及工
作原理 直流测速发电机是一种用来测
量转速的小型直流发电机，在自动 控制系统中作反馈元件，外型如图 4-29。结构上与普通小微型直流发 电机相同，通常是两极电机，分为 他励式和永磁式两种。
第四节 测速发电机3
直流测速发电机的工作原理是在永久磁铁产生的恒定磁场中，电枢以转
第四节 测速发电机1 一、概述 测速发电机在自动控制系统中作检测元件，可以将电动机轴上的机 械转速转换为电压信号输出。输出电压的大小与发电机的转速成正比。 输出电压的极性反映电动机的旋转方向。测速发电机有交、直流两种形 式。 自动控制系统要求测速发电机的输出电压必须精确、迅速且与转速 成正比。测速发电机主要用于作测速元件、阻尼元件、解算元件。
步进电动机的种类很多，按运动方式可分旋转型和直线型。旋转型又可 分感应式、永磁式和混合式等。感应式步进电动机的转子上没有绕组，依靠变 化的磁阻生成磁阻转矩工作。永磁式步进电动机的转子上有磁极，依靠电磁 转矩工作。感应式步进电动机是目前应用最为广泛的步进电动机。
第一节 直流电动机1
直流电动机是指输入直流电能输出机械能的旋转机械。 直流电动机由于具有调速性能好、起动转矩大的优点曾被广泛使用 过，但它的结构较复杂、使用维护较麻烦，已基本上被交流电动机取代。 一、直流电动机的工作原理 直流电动机是依据载流导体在磁场中受力而旋转的原理制造的。通 常磁场固定不动，而导体做成可在磁场中绕中心轴OO，旋转，如图4-1中 线圈abcd。为了使线圈abcd在不同的磁场位置下按同一方向旋转，采用 了电刷和换向器结构。但也正是这个电刷和换向器结构，使直流电动机 的结构变得复杂，成了它的致命所在。
第四节 测速发电机2
二、直流测速发电机 1．直流测速发电机的结构及工
作原理 直流测速发电机是一种用来测
量转速的小型直流发电机，在自动 控制系统中作反馈元件，外型如图 4-29。结构上与普通小微型直流发 电机相同，通常是两极电机，分为 他励式和永磁式两种。
第四节 测速发电机3
直流测速发电机的工作原理是在永久磁铁产生的恒定磁场中，电枢以转
第四节 测速发电机1 一、概述 测速发电机在自动控制系统中作检测元件，可以将电动机轴上的机 械转速转换为电压信号输出。输出电压的大小与发电机的转速成正比。 输出电压的极性反映电动机的旋转方向。测速发电机有交、直流两种形 式。 自动控制系统要求测速发电机的输出电压必须精确、迅速且与转速 成正比。测速发电机主要用于作测速元件、阻尼元件、解算元件。
步进电动机的种类很多，按运动方式可分旋转型和直线型。旋转型又可 分感应式、永磁式和混合式等。感应式步进电动机的转子上没有绕组，依靠变 化的磁阻生成磁阻转矩工作。永磁式步进电动机的转子上有磁极，依靠电磁 转矩工作。感应式步进电动机是目前应用最为广泛的步进电动机。
电机控制技术-课件
1.2 电力传动系统运动方程
1.2.1 运动方程 一. 单轴电力拖动系统的运动方程
研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机 运行时的轴受力如图示。
电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n的正方 向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同， 规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。
生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重力 作用产生的。
（3）恒功率负载：负载转矩与转速成反比。 （4）粘滞摩擦负载：负载转矩与转速成正比。
1.4 电力传动系统的机械特性
第 电动机机械特性：电动机的转速与转矩的关系。
一 电动机四象限运行状态：正向电动状态、反向电
章 动状态，正向制动状态、反向制动状态。
电动机固有机械特性： 电动机人为机械特性：
第II象限 第I象限 正向制动 正向电动
变压器
变电站
楼宇
照明 B
高压输电线
制冷 小型发电机 变压器
M
电力系统简单结构图
H/C 加 热
工厂
1.1 电力传动系统的发展
第 电力传动系统：以电动机为动力源，驱动各种设 一 备及电器的系统，以 完成一定的生产任务。 章 目前，电能的三分之二用于电力传动系统。
电力传动系统的基本结构：
概
述
电源
指令 控制设备
电动机 传动机构 生产机械
1.1 电力传动系统的发展
第 电力传动系统分类： 一 （1）按控制类型：调速系统、位置随动系统。调 章 速系统又分为直流调速和交流调速。
（2）按电动机类型：直流传动系统、交流传动 系统。
概 （3）按机组形式：单台传动系统、多机传动系 述 统。
（4）按运动方式：单向运转不可逆、双向运转 可逆传动系统 （5）按用途形式：主传动系统、辅助传动系统
控制电机第四章 交流异步测速发电机
36CK05
输出绕组 定子
1 •
•
•
转子
•
励磁绕组
工作原理
（1）转子静止时
在转子不动时，励磁绕组产生与励磁电源同频率的脉振磁场， 脉振磁通在空心杯转子中感应电动势，励磁绕组与转子之间类 似于变压器原边与副边。
（2）转子转动时 转子杯导条切割磁力线产生旋转电动势ER2，交变的 频率为f,其大小为 ER 2 Φ10 n 忽略漏抗，主磁通 Φ10可以认为幅值恒定 ，则转子感应电动势与转速成正比。交变 的感应电流产生交变的磁通 Φ2 。 其脉振方向与输出绕组轴 线一致。转子脉振磁场与 输出绕组相交链而产生感 应电势（空载电压）。其 大小正比于转速，其频率 为励磁电源的频率。
励磁电源的影响
异步测速发电机对励磁电源的稳定度、 失真度要求是比较 高的， 特别是解算用的测速发电机， 电源电压幅值不稳 定， 会直接引起输出特性的线性误差， 而频率的变化会 影响感抗和容抗的值， 因而也会引起输出的线性误差和相 位误差。
移相问题
希望输出电压与励磁电压 相位相同， 因而要进行移相。
励磁绕组和转子杯之间的关系相当于变压器的 原边和副边（励磁绕组为原边，转子杯导体为 副边），原边电流随副边电流变化而变化。
仿照变压器，得出励磁绕组的电压平衡方程：
E I ( R jX ) E I Z U 1 1 1 1 1 1 1 1
与漏磁通Φσ1相对应的就是励磁绕组漏抗X1， 同时励 的值正比于磁通 磁绕组还有电阻R1，由于感应电势 E 1 而相位落后90°， 因此可写成 的值， 1
U 2 Φ2 Φ10 n U1n
结论：忽略励磁绕组中的电阻及漏抗，当电压 U1恒定不变 时，产生的励磁磁通φ10也恒定不变， 当电机以转速n旋转时， 测速发电机的输出绕组产生输出电压U2，其值与n转速成正比， 这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号， 输出给控制系统。
输出绕组 定子
1 •
•
•
转子
•
励磁绕组
工作原理
（1）转子静止时
在转子不动时，励磁绕组产生与励磁电源同频率的脉振磁场， 脉振磁通在空心杯转子中感应电动势，励磁绕组与转子之间类 似于变压器原边与副边。
（2）转子转动时 转子杯导条切割磁力线产生旋转电动势ER2，交变的 频率为f,其大小为 ER 2 Φ10 n 忽略漏抗，主磁通 Φ10可以认为幅值恒定 ，则转子感应电动势与转速成正比。交变 的感应电流产生交变的磁通 Φ2 。 其脉振方向与输出绕组轴 线一致。转子脉振磁场与 输出绕组相交链而产生感 应电势（空载电压）。其 大小正比于转速，其频率 为励磁电源的频率。
励磁电源的影响
异步测速发电机对励磁电源的稳定度、 失真度要求是比较 高的， 特别是解算用的测速发电机， 电源电压幅值不稳 定， 会直接引起输出特性的线性误差， 而频率的变化会 影响感抗和容抗的值， 因而也会引起输出的线性误差和相 位误差。
移相问题
希望输出电压与励磁电压 相位相同， 因而要进行移相。
励磁绕组和转子杯之间的关系相当于变压器的 原边和副边（励磁绕组为原边，转子杯导体为 副边），原边电流随副边电流变化而变化。
仿照变压器，得出励磁绕组的电压平衡方程：
E I ( R jX ) E I Z U 1 1 1 1 1 1 1 1
与漏磁通Φσ1相对应的就是励磁绕组漏抗X1， 同时励 的值正比于磁通 磁绕组还有电阻R1，由于感应电势 E 1 而相位落后90°， 因此可写成 的值， 1
U 2 Φ2 Φ10 n U1n
结论：忽略励磁绕组中的电阻及漏抗，当电压 U1恒定不变 时，产生的励磁磁通φ10也恒定不变， 当电机以转速n旋转时， 测速发电机的输出绕组产生输出电压U2，其值与n转速成正比， 这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号， 输出给控制系统。
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10
，则转子感应电动势与转速成正比。交变
的感应电流产生交变的磁通 Φ。2
其脉振方向与输出绕组轴 线一致。转子脉振磁场与 输出绕组相交链而产生感 应电势（空载电压）。其 大小正比于转速，其频率 为励磁电源的频率。
h
U 2 Φ 2 Φ 1n 0 U 1n15
结论：忽略励磁绕组中的电阻及漏抗，当电压 U1恒定不变 时，产生的励磁磁通φ10也恒定不变， 当电机以转速n旋转时， 测速发电机的输出绕组产生输出电压U2，其值与n转速成正比， 这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号， 输出给控制系统。
h
9
1 概述
➢ 一种测量转速或传感转速信号的元件。 ➢ 在自控系统中，用途有两种：一种作为解算装置；
一种为阻尼元件。 ➢ 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。
h
10
h
11
图 8 - 2 交流阻尼伺服系统
h
12
2 交流异步测速发电 机的结构和工作原理
h
6
6直流测速发电机的性能指标
线性误差ΔU%
最大线性工作转速nm 输出斜率Kg 最小负载电阻RL 不灵敏区Δn 输出电压的不对称度
h
7
h
8
本章学习内容
概述 交流异步测速机的结构和工作原理 交流异步测速电动机的特性和主要技术指标★ 交流异步测速电动机的使用 交流伺服测速机组
n Cn
RL
对测速机的要求：线性度好、灵敏度、纹波小 产生误差的原因：温度、电枢反应、纹波、电刷换向。
h
3
5 直流测速发电机的误差及减 小方法
原因：温度
影响：不为常数
措施：
设计为饱和磁路；励磁回路串附加电阻稳流； 或串联负温度系数热敏电阻网络。
原因：电枢反应
U2
影响：去磁作用
措施：限制最大转速和
最小负载电阻
RL2<RL1
RL=
RL1 RL2
h
0
n4
RL越小、n 越大，误差越大
原因：延迟换向
Ua
影响：对主磁通有去磁作用
措施：限制最高工作转速。
0
n
原因：纹波 影响：不利于阻尼和速度控制 措施：无槽电枢直流
h
5
原因：电刷接触压降 影响：Ra不为常数 措施：石墨电刷，铜电刷
因素：电刷和换向器材料； 电刷的电流密度； 电流的方向； 电刷单位面积上的压力； 接触表面的温度； 换向器圆周线速度； 换向器表面的化学状态和机械方面。
➢尽可能减小励磁绕组的漏阻抗， 并且采用 由高电阻率材料制成的非磁杯形转子（转子 电阻值不宜选得过大）， 这样就可略去转子 漏抗的影响， 并使引起励磁电流变化的转子 磁通削弱。
h
22
➢输出相位移与相位误差
在自控系统中，希望输出的电压与励磁电压相位相同， 而实际异步测速发电机中，两者存在相位移。
h
1 是转子杯导体切割磁 转子磁通 2 是转子杯 所产生的， 故有
Φ′1∝nΦ10
Φ″1∝n2 Φ 10
结果：线性误差将随着转速升高而增大。
h
21
减小线性误差的措施：
➢在测速发电机的技术条件中规定了最大线性 工作转速n max ， 它表示当电机在转速n＜ nmax 情况下工作时， 其线性误差不超过标准 规定的范围。
➢结构
交流异步测速发电机与 交流伺服电动机的结构相 似，其转子结构有鼠笼型 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。
36CK05
输出绕组 励h磁绕组
定子
•1 •
•
•
转子13
理想输出曲线
实际输出曲线
h
16
3 交流异步测速发电机的特性和 主要技术指标
➢输出特性和线性误差
输出特性： U2 f(v)
v n ns
实际转速 同步转速
输出特性的线性误差：
δx
ΔUmax 10% 0 ΔU2LTmax
h
异步测速发电机的输出特性 17
？产生线性误差的原因
上述分析的前提是 忽略X1、R1，认 为 U1 E1，励磁 磁通不变。
第四章 交流异步测速发电机
h
1
直流测速发电机学习内容
直流测速发电机的用途及分类 直流测速发电机的工作原理和结构 直流测速发电机的电枢电势 电压平衡方程和输出特性★ 直流测速发电机的产生误差原因和减小方法★ 直流测速发电机的性能指标
h
2
U2 RL2<RL1
RL=
RL1 RL2
0
n
Ua
CeΦ 1 Ra
E1jK11
h
19
式中， K1为比例常数。 若采用比例复常数K，
使K= j K1， 则
E1K1
(8 - 13)
将式(8 - 13)代入式(8 - 12)， 可得
U 1K 1I1Z1
(8 - 14)
因而
1
U1
I1Z1 K
(8 - 15)
h
20
由于转子磁通 1 及 通导体切2 割所磁产通生的，10
h
18
励磁绕组和转子杯之间的关系相当于变压器的 原边和副边（励磁绕组为原边，转子杯导体为 副边），原边电流随副边电流变化而变化。
仿照变压器，得出励磁绕组的电压平衡方程：
U 1 E 1 I 1 ( R 1 j1 ) X E 1 I 1 Z 1
绕的与组值漏还，磁有1通而电Φ相阻σ位1R相落1对，后应由90的于°就，感是应因励电此磁势可绕写组成的漏E值抗1 正X比1，于同磁时通励磁
➢工作原理
（1）转子静止时
在转子不动时，励磁绕组产生与励磁电源同频率的脉振磁场，
脉振磁通在空心杯转子中感应电动势，励磁绕组与转子之间类
似于变压器原边与副边。
h
14
（2）转子转动时
转子杯导条切割磁力线产生旋转电动势ER2，交变的 频率为f,其大小为
ER2 Φ10n
忽略漏抗，主磁通
Φ
可以认为幅值恒定
23
固 定 相 移 的 补 偿
图 8 - 9 相量图
h
24
➢剩余电压Us
剩余电压：指测速发电机已供电，转子处于不动情况下 （n=0）,输出绕组产生的电压，又称零速电压。
剩余 电压
固定分量Us0：与转子的 位置无关。
交变分量Usj ：又称波动 分量，随转子位置的变 化而变化 。
h
25
固定分量：两相绕组不正交，磁路不对称，绕组匝间短路。
h
26
交变分量（波动分量）：转 子电流不对称引起。如转子 杯材料不均匀，杯壁厚度不 一致，为不对称转子。
当短路于 转子和磁路的不对称性所引 起的剩余电压可减到最小。
，则转子感应电动势与转速成正比。交变
的感应电流产生交变的磁通 Φ。2
其脉振方向与输出绕组轴 线一致。转子脉振磁场与 输出绕组相交链而产生感 应电势（空载电压）。其 大小正比于转速，其频率 为励磁电源的频率。
h
U 2 Φ 2 Φ 1n 0 U 1n15
结论：忽略励磁绕组中的电阻及漏抗，当电压 U1恒定不变 时，产生的励磁磁通φ10也恒定不变， 当电机以转速n旋转时， 测速发电机的输出绕组产生输出电压U2，其值与n转速成正比， 这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号， 输出给控制系统。
h
9
1 概述
➢ 一种测量转速或传感转速信号的元件。 ➢ 在自控系统中，用途有两种：一种作为解算装置；
一种为阻尼元件。 ➢ 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。
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图 8 - 2 交流阻尼伺服系统
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2 交流异步测速发电 机的结构和工作原理
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6直流测速发电机的性能指标
线性误差ΔU%
最大线性工作转速nm 输出斜率Kg 最小负载电阻RL 不灵敏区Δn 输出电压的不对称度
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本章学习内容
概述 交流异步测速机的结构和工作原理 交流异步测速电动机的特性和主要技术指标★ 交流异步测速电动机的使用 交流伺服测速机组
n Cn
RL
对测速机的要求：线性度好、灵敏度、纹波小 产生误差的原因：温度、电枢反应、纹波、电刷换向。
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5 直流测速发电机的误差及减 小方法
原因：温度
影响：不为常数
措施：
设计为饱和磁路；励磁回路串附加电阻稳流； 或串联负温度系数热敏电阻网络。
原因：电枢反应
U2
影响：去磁作用
措施：限制最大转速和
最小负载电阻
RL2<RL1
RL=
RL1 RL2
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n4
RL越小、n 越大，误差越大
原因：延迟换向
Ua
影响：对主磁通有去磁作用
措施：限制最高工作转速。
0
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原因：纹波 影响：不利于阻尼和速度控制 措施：无槽电枢直流
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原因：电刷接触压降 影响：Ra不为常数 措施：石墨电刷，铜电刷
因素：电刷和换向器材料； 电刷的电流密度； 电流的方向； 电刷单位面积上的压力； 接触表面的温度； 换向器圆周线速度； 换向器表面的化学状态和机械方面。
➢尽可能减小励磁绕组的漏阻抗， 并且采用 由高电阻率材料制成的非磁杯形转子（转子 电阻值不宜选得过大）， 这样就可略去转子 漏抗的影响， 并使引起励磁电流变化的转子 磁通削弱。
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➢输出相位移与相位误差
在自控系统中，希望输出的电压与励磁电压相位相同， 而实际异步测速发电机中，两者存在相位移。
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1 是转子杯导体切割磁 转子磁通 2 是转子杯 所产生的， 故有
Φ′1∝nΦ10
Φ″1∝n2 Φ 10
结果：线性误差将随着转速升高而增大。
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减小线性误差的措施：
➢在测速发电机的技术条件中规定了最大线性 工作转速n max ， 它表示当电机在转速n＜ nmax 情况下工作时， 其线性误差不超过标准 规定的范围。
➢结构
交流异步测速发电机与 交流伺服电动机的结构相 似，其转子结构有鼠笼型 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。
36CK05
输出绕组 励h磁绕组
定子
•1 •
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转子13
理想输出曲线
实际输出曲线
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3 交流异步测速发电机的特性和 主要技术指标
➢输出特性和线性误差
输出特性： U2 f(v)
v n ns
实际转速 同步转速
输出特性的线性误差：
δx
ΔUmax 10% 0 ΔU2LTmax
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异步测速发电机的输出特性 17
？产生线性误差的原因
上述分析的前提是 忽略X1、R1，认 为 U1 E1，励磁 磁通不变。
第四章 交流异步测速发电机
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直流测速发电机学习内容
直流测速发电机的用途及分类 直流测速发电机的工作原理和结构 直流测速发电机的电枢电势 电压平衡方程和输出特性★ 直流测速发电机的产生误差原因和减小方法★ 直流测速发电机的性能指标
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U2 RL2<RL1
RL=
RL1 RL2
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Ua
CeΦ 1 Ra
E1jK11
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式中， K1为比例常数。 若采用比例复常数K，
使K= j K1， 则
E1K1
(8 - 13)
将式(8 - 13)代入式(8 - 12)， 可得
U 1K 1I1Z1
(8 - 14)
因而
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I1Z1 K
(8 - 15)
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由于转子磁通 1 及 通导体切2 割所磁产通生的，10
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励磁绕组和转子杯之间的关系相当于变压器的 原边和副边（励磁绕组为原边，转子杯导体为 副边），原边电流随副边电流变化而变化。
仿照变压器，得出励磁绕组的电压平衡方程：
U 1 E 1 I 1 ( R 1 j1 ) X E 1 I 1 Z 1
绕的与组值漏还，磁有1通而电Φ相阻σ位1R相落1对，后应由90的于°就，感是应因励电此磁势可绕写组成的漏E值抗1 正X比1，于同磁时通励磁
➢工作原理
（1）转子静止时
在转子不动时，励磁绕组产生与励磁电源同频率的脉振磁场，
脉振磁通在空心杯转子中感应电动势，励磁绕组与转子之间类
似于变压器原边与副边。
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（2）转子转动时
转子杯导条切割磁力线产生旋转电动势ER2，交变的 频率为f,其大小为
ER2 Φ10n
忽略漏抗，主磁通
Φ
可以认为幅值恒定
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固 定 相 移 的 补 偿
图 8 - 9 相量图
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➢剩余电压Us
剩余电压：指测速发电机已供电，转子处于不动情况下 （n=0）,输出绕组产生的电压，又称零速电压。
剩余 电压
固定分量Us0：与转子的 位置无关。
交变分量Usj ：又称波动 分量，随转子位置的变 化而变化 。
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固定分量：两相绕组不正交，磁路不对称，绕组匝间短路。
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交变分量（波动分量）：转 子电流不对称引起。如转子 杯材料不均匀，杯壁厚度不 一致，为不对称转子。
当短路于 转子和磁路的不对称性所引 起的剩余电压可减到最小。