控制电机复习.docx

直流测速发电机（电磁感应）：1、当原动机拖动电枢旋转时，电枢线圈边切割磁场，产生交 变的感应电动势，通过换向器与电刷的“换向”作用，使电刷间能够获得方向不变的直流电动 势和电流2、在发电机工作时，电机外电路中负载电阻上的电压、和电流为直流性质，而 电枢线圈中的电流和电动势却是交流性质3、在发电机运行时，换向器与电刷的作用是将 电枢线圈中的交变电动势和电流进行“换向”，变换为电刷间的直流电动势和电流直流电势 的形成：由电磁感应定律，一根导体切割磁场产生的感应电势为：e=Bxlv,在电机中，当转 速一定时，切割线速度为常数V=nDan/60因此，感应电势正比于磁通密度e正比于Bx . 一个线圈产生的感应电势应为导体电势的两倍电刷间的电势为随时间大小变化的脉动电势直流电机的基本结构可分为定子和转子两大部分定子部分 1）主磁极：包括主磁极铁心和励 磁绕组作用：主磁极用于产生电机内部的磁场2）换向极：包括换向极铁心和换向极绕 组作用：用于改善换向位置：安装在两个相邻的主磁极之间其中换向极绕组与转子的 电枢绕组串联3）机座：由钢板焊接而成作用：一是起机械支撑、固定作用；二是作为 主磁路的一部分该部分通常称为磁轭。

4）电刷装置：作用：将电流引入或引出电机 转子部分 1）电枢铁心作用：作为主磁路的一部分，同时用于嵌放电枢绕组组成：由 0.35~0.5mm 厚的硅钢冲片叠装组成采用冲片叠装的目的是为了减小铁心损耗2、电 枢绕组作用：构成电机的主要电路部分，是实现机电能量转换的关键结构部件组成：由许 多按一定规律连接的单匝或多匝线圈组成的转子绕组每一个线圈是用带绝缘的圆形或矩形 截面铜导线绕成3、换向器作用：在电动机中，将电刷上通过的直流电流转换为绕组内的 交变电流；而在发电机中，将绕组内的交流电动势转变为电刷上的直流电动势组成：由许 多一定形状的换向片组成，换向片与换向片之间用云母绝缘每一个线圈的两个出线端分别 焊接在两个换向片上第一节距y1：指一个元件的两个边在电枢表面所跨过的距离用槽数表示合成节距y： 指通过换向片相串联的两个元件，第一个元件的上层边，到第二个元件的上层边之间的距离 1、电枢电势的关系式电枢电势：指正、负电刷之间的感应电势，即电刷之间每一条并联支 路的感应电势当电刷通过换向片与几何中心线的导体相连接时，形成的支路中的元件处于 同一个磁极下，支路感应电势为支路元件电势之和，即这些元件的导体电势之和。

在支路 中，不同的导体处于磁场的位置不同，而导体电势的大小与所处磁场的磁通密度成正比电 枢表面磁通密度的分布为：在磁极中心线下磁通密度最大，在极尖处逐渐减小，极靴以外急 剧减小，几何中心线处为零直流测速发电机的型式：永磁式和电磁式 2、对直流测速发电机的要求输出电压与转速 的关系曲线应为线性；输出特性的斜率要大；（反映输出电压的灵敏度）温度变化对输出 特性的影响要小；在一定转速下输出电压稳定，波动要小；正、反转两个方向的输出特性 一致后三项反映了输出电压对转速的精度输出特性输出特性指在负载电阻一定时，测速 发电机的输出电压与转速之间的关系在主磁通、电枢电阻为常数时（理想情况），当负载 电阻一定，直流测速发电机的输出电压与转速成正比在主磁通、电枢电阻为常数时，不同 的负载电阻，特性曲线的斜率不同，负载电阻越大，特性的斜率越大，对转速的灵敏度越高 从特性图中可以看出对相同的转速变化量，负载电阻大的输出电压的变化量大特性曲线 为线性是在主磁通为恒定常数，实际的输出特性不是严格的线性关系，而存在一定的误差直流测速发电机的误差及其减小方法1、温度的影响对电磁式测速发电机，励磁绕组的导线 电阻会受到温度的影响。

在励磁电压一定时，励磁电流的大小会随温度的变化而变化，从而 使磁通发生变化则在转速不变时，使输出端电压发生变化电枢绕组电阻受温度的影响， 使电枢电阻随温度的升高而增大，不为常数减小温度影响的方法：将磁路设计的比较饱和, 使励磁电流的变化对磁通的影响减小在励磁绕组回路中串温度系数较低的大阻值附加电阻 或串负温度系数热敏电阻，降低励磁电流的变化2、电枢反应影响直流测速发电机在空载 时，电机内只有励磁电流产生的主磁场负载运行时，由于电枢电流的出现，同时产生了电 枢磁场，电机内的气隙磁场为主磁场与电枢磁场的合成由于电枢磁场的存在，使气隙中的 磁场分布和大小发生变化，这种电枢磁场对主磁场的影响作用称为电枢反应电枢反应的影响作用：（1）使气隙磁场的分布发生畸变；（合成磁场的磁通密度在半个极 面下加强，在另半个极面下削弱2）在磁路饱和时，电枢磁场对主磁场有去磁作用 对于N极下区域，在主磁极轴线左侧区域磁场削弱；而主磁极轴线右侧区域磁场加强当 负载电阻越小或转速越高时，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，输出特性的线性 误差越大为减小电枢反应对输出特性的线性影响，直流测速发电机的技术条件中规定了最 大线性工作转速和最小负载电阻。

在使用时，转速必须小于最大线性工作转速，负载电阻必 须大于最小负载电阻 3.延迟换向去磁 4.纹波 5.电刷接触电阻压降 电枢回路总电阻包括 了电枢绕组电阻和电刷接触电阻在温度一定时，电枢绕组电阻为常数，但电刷接触电阻并 不为常数，产生的压降也不为常数在转速较低时，输出特性上有一段斜率显著下降的区域， 此区域称为不灵敏区1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答：电枢连 续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势 及线圈电势是交变的 由于通过换向器的作用， 无论线圈转到什么位置， 电刷通过换向 片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处 在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势2. 如果图2 - 1中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如 何?答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d 指向c电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A 电刷为正，B电刷为负当电枢转过180。

以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下， 这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d,此时 d 为正， a 为负，仍然是 A 刷为正， B 刷为负4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转 速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输 出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电 机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在 限度的范围内而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短;eL正比 于单位时间内换向元件电流的变化量基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL*n2 同样可以证明ea-n2因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输 出特性呈现非线性所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制为 了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速控制式自整角机的作用：作为一种角度和位置的检测元件，将机械角度转换为电信号输出 力矩式自整角机的作用：将机械角度变换为力矩输出，达到转角随动的目的。

转子励磁绕 组产生的脉振磁场这种磁密幅值位置固定，振幅随时间交变的磁场称为脉振磁场（脉动磁场） 脉振磁场的特点 1）对任意时刻，磁场磁密沿气隙圆周按正弦规律分布 2）对气隙任意一 点处，磁场磁密的大小随时间按正弦规律变化（脉动） 3）脉振的频率为产生该磁场磁密 的电流的频率4）磁密幅值位置位于对应绕组的轴线上■定子绕组的感应电流对ZKF：设 Z1Z2绕组的轴线与定子绕组D1D4轴线之间的夹角为91,则当转子励磁绕组通过励磁电流 时，产生脉振磁场，在定子三相绕组交链的励磁磁通为••…则在三相同步绕组中感应三相交 变电势，三相电势的有效值为......定子电流产生的磁场三相定子绕组感应电势在时间上同相位，只是幅值大小与转子位置有关 因而，三相电流在时间上同相位设电流的初相角为 ，则三相电流为 各相电流产生在时间 上同相位，但幅值与转子转角有关的脉振磁场磁密幅值的位置在该相绕组的轴线上，脉振 的频率等于励磁电源的频率设转子励磁绕组的轴线作为X轴，Y轴与转子绕组轴线正交， 将各相磁密矢量分别分解，结论：定子三相合成磁密相量与励磁绕组轴线重合，方向与励磁 磁密相量的方向相反，合成磁场的轴线超前D1相轴线（180-0）角度；定子磁场的性质为 脉振磁场定子三相合成脉振磁场的幅值为一相磁密最大值的3/2倍，其大小与转子相对定子 的位置角无关；由于ZKB同步绕组中的电流与ZKF中的电流大相等，方向相反，故在ZKB 中同样产生定子脉振磁场，其大小与发送机的相等，方向相反。

总结：1）ZKF的转子绕组产生的励磁磁场是一个脉振磁场，该磁场在发送机定子绕组中感 应变压器电势定子各相电势在时间上同相位，有效值与定、转子之间的相对位置有关 2） ZKF定子合成磁场的轴线与转子励磁磁场的轴线重合，但方向相反3） ZKF和ZKB的定子 电流大小相等，方向相反定子合成磁场的方向相反 4）输出绕组的输出电势（输出电压） 与失调角的正弦成正比比电压：在协调位置附近失调角变化时输出电压的变化量比电压 数值的大小反映了自整角机的灵敏度力矩式自整角机的工作原理1）当ZLF励磁绕组外加 励磁电压，ZLJ励磁绕组开路，则在发送机内产生脉振磁场，定子同步绕组中感应电势，产 生电流在ZLJ同步绕组中通过的电流产生大小相等，方向相反的脉振磁场2）当ZLJ励 磁绕组外加励磁电压，ZLF励磁绕组开路，则在接收机内产生脉振磁场，其定子同步绕组中 感应电势，产生电流，也产生脉振磁场3）当ZLF和ZLJ同时加励磁电压时，在接收机中 产生的磁场为两个磁场的叠加减少接收机转子振荡的措施接收机转子的振荡现象：当接收机转子达到协调位置时，整步转 矩为零由于转子存在惯性，将超越协调位置，在协调位置附近摆动的现象。

减少振荡的措 施：在转子铁心中安装阻尼绕组或在接收机转轴上安装阻尼盘接收机转子阻尼时间：强迫 接收机处于最大失调位置，放松后经过衰减振荡达到协调位置时所需要的时间励磁电压 ： 对于ZKF、ZLF、ZLJ，指转子绕组应加的电压而对ZKB，指加在定子绕组上的最大线电 压，与对接的ZKF定子绕组的最大线电压相等最大输出电压：指额定励磁时自整角机副 边的最大线电压对发送机和接收机均指定子绕组的最大线电势；对ZKB，指输出绕组的最 大电势空载电流和空载功率：指副边开路时，励磁绕组的电流和消耗的功率开路输入 阻抗：对发送机和接收机，指副边开路，从励磁绕组看进去的等效阻抗；对ZKB,指输出绕 组开路，从定子绕组两端看进去的等效阻抗 短路输出阻抗：指励磁端短路，从副边绕组 两端看进去的阻抗开路输出阻抗：指励磁端开路，从副边绕组两端看进去的阻抗交流伺服电动机的作用作为控制系统的执行元件，将控制电信号转换为转轴转速对交流 伺服电动机的要求1）转速和转向应方便地受控制信号的控制； 2）运行范围内的特性应具 有线性关系； 3）无“自转”现象； 4）控制功率小，启动转矩大，能快速反应工作原理励磁 绕组接交流励磁电压，当控制绕组加上一定的控制电压时，电机内部将产生一个旋转磁场。

该旋转磁场切割转子导体，感应电势，产生转子电流转子导体中的电流在旋转磁场的作用 下，产生与磁场旋转方向相同的电磁转矩，带动负载机械以小于磁场转速的速度转动圆形旋转磁场：当两相对称绕组中通入两相随时间按正弦规律变化的对称电流时，将。