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1、第 3 章交流异步测速发电机,控制电机,中国矿大信电学院,第3章 交流异步测速发电机,3.1 交流异步测速发电机概述,3.3 交流异步测速发电机的特性和主要技术指标,3.4 交流测速发电机的使用,3.5 交流异步测速发电机的应用举例,3.2 交流异步测速发电机的结构和工作原理,本 章 要 求：,熟练掌握交流测速发电机的工作原理。,了解交流测速发电机的结构和型式。,熟练掌握交流测速发电机的输出特性。,熟练掌握交流测速发电机的应用。,搞清交流测速发电机的误差及其减小方法。,搞清交流测速发电机的性能指标。,第3章 交流异步测速发电机,3.1 交流异步测速发电机概述,交流异步测速发电机是一种测量转速或
2、转速信号的元件。理想的测速发电机的输出电压U2与它的转速n成线性关系，如图所示，其数学表达式为：,其主要用途有两种：,U2=k n,运算元件和阻尼元件。,3.2 交流异步测速发电机的结构和工作原理,一、交流异步测速发电机结构,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。,转子一般为杯形转子，通常是由非铁磁材料（硅锰青铜）制成的空心薄壁圆筒，为了减少转子漏电抗、增加电阻。此外，为了减少磁路的磁阻，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。,励磁绕组,输出绕组,
3、励磁绕组,输出绕组,交流测速发电机结构图,交流测速发电机定转子铁心,下好线的定子,1、是脉振磁通2、与励磁绕组W1的轴线一致，与输出绕组W2的轴线垂直。3、与W1和转子导体相匝链。,励磁绕组接U1（交流）,i0,Fo=W1i0,e2=0,二、工作原理,W1为励磁绕组、W2为输出绕组,(一)、当n=0时，物理过程,1、励磁磁通 在W1的轴线上脉振，与W1和转子导体相环链。2、与输出绕组W2的轴线垂直，不穿过W2，因此其中此时不感应电势。,W1轴线,W2轴线,励磁绕组,励磁绕组W1与转子杯之间的电磁关系，如同变压器原边与副边之间的情况完全一样。若忽略励磁绕组W1的电阻R1及漏抗X1，则有,U1 E
4、1,由于感应电势 E1=4.44fw110,故10 U1所以励磁电压一定时，磁通也保持不变。,结论:n=0 时，磁通不在输出绕组W2中感应出电势，输出绕组W2也就没有电压输出。,(二)、当转子旋转时，转子导体切割磁场10，感应电势ER 2，且 ER2=Bplv，,由于10=Bpl，v=Dn/60,平均磁密,导条长度,导条速度,转子切割电势与转速成正比。,由于在励磁绕组中通入的是交流电，10 都是随时间交变的，频率为 f1。因而，转子导体切割磁通产生的电势ER2及电流IR2也都是交变的,频率为 f1。,由于导条处于短路状态，因此其中会产生电流，忽略导条漏抗的影响时，其中电流为：,流过转子导体中的
5、电流IR2又要产生磁通2，其值与电流IR2成正比，即2 IR2,2与w2的轴线一致，因此，会在w2中感应电势，E2=4.44fw22,从而输出电压U2=E2。,所以，当转子旋转时，转子导体切割磁场10，感应电势ER 2，产生电流IR 2。建立磁场2，该磁场在输出绕组中感应电势ER2，其大小与转速成正比。且与励磁电压同频率。,3.3 异步测速发电机的特性和主要技术指标,一、输出特性和线性误差,理想的测速发电机输出电压应正比于它的转速，即U2=Kv。但是实际的异步测速发电机输出电压与转速间并不是严格的线性关系，而是非线性的。,上式中v为相对速度，它是实际转速n与同步转速ns的比值，即v=n/ns。
6、,1-线性输出特性2-实际输出特性输出特性和线性误差,为了便于衡量实际输出特性的线性度，一般把实际输出特性上对应于（为最大相对速度）的一点与坐标原点的连线作为线性输出特性，直线与曲线之间的差异就是误差，这种误差通常用线性误差（又称幅值相对误差）x 来度量。,式中，Umax为实际输出电压与线性输出电压的最大差值；U2lTmax为对应于最大转速 n max（技术条件上有规定）的线性输出电压。,异步测速发电机在控制系统中的用途不同，对线性误差的要求也不同。作为阻尼元件时允许线性误差可大一些；而作为解算元件时，线性误差必须很小。目前，高精度的异步测速发电机线性误差可小到0.05%左右。,二、输出相位移
7、与相位误差,在自动控制系统中，希望异步测速发电机的输出电压与激磁电压同相位，但在实际的异步测速发电机中，两者之间却存在相位移。,相位移存在的原因：,图中：E1为磁通 1在激磁绕组中产生的变压器电势；ER2为转子切割磁通 1产生的切割电势；E2为磁通 2在输出绕组中产生的变压器电势；,称为异步测速发电机的输出相位移,三、剩余电压Us,测速发电机的激磁绕组已经供电，转子处于不动情况下（即零速时）输出绕组所产生的电压，此即剩余电压，又称为零速电压。,产生剩余电压的原因是多种多样的，它由两部分组成：一部分是固定分量Us0，其值与转子位置无关；另一部分是交变分量Usj，它的值与转子位置有关，当转子位置变
8、化时，其值作周期性的变化。,四、输出斜率,与直流测速发电机一样，异步测速发电机的输出斜率Un通常也规定为转速1000r/min时的输出电压。输出斜率越大，输出特性上比值U2/n越大，测速发电机对于转速变化的灵敏度就越高。但是与同样尺寸的直流测速发电机相比较，交流测速发电机的输出斜率较小，一般为0.55V/kr/min。,3.4 交流异步测速发电机的使用,在选用时，应根据系统的频率，电压，工作转速的范围和具体用途来选择交流测速发电机的规格。用作解算元件的应着重考虑精度要高，输出电压稳定性要好；用于一般转速检测或做阻尼元件时，应着重考虑输出斜率要大，而不宜既要精度高，又要输出斜率大。,鼠笼转子异步
9、测速发电机输出特性斜率大，但是它的特性比较差、线性误差大、转子惯性大，通常只用于精度要求不高的系统中。,空心杯转子异步测速发电机的精度比较高，线形误差小，转动惯量小，应用在要求精度比较高的系统中，是最广泛应用的一种异步测速发电机。,一、负载性质对输出特性的影响及改善方法,测速发电机正常工作时,其输出电压仅为转速的函数不受负载的性质和大小的影响,实际工作中输出电压的大小和相位与负载的大小和性质有关。,1、负载阻抗足够大时，在测速发电机转速一定时，负载阻抗稍有变化，输出电压的大小和相位几乎不变。,2、电阻负载，在测速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小减小和相位增加。,3、容性负载，在测
10、速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小增加和相位增加。,4、感性负载，在测速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小减小和相位减小。,结论：1、电阻电容性负载，阻抗值的改变会引起输出电压大小的变化趋势是相反的，即他们对输出电压的大小的影响可以互相补偿，输出电压不受负载大小的影响。但是电阻电容性负载不能补偿输出相位的偏差。2、电阻电感性负载，阻抗值的改变引起相位的改变是相反的，即对输出电压相位的影响可以互相补偿，但是电阻电感性负载对输出电压大小的影响不能补偿。,综上所述究竟采用哪种负载，主要根据系统的需要而定，通常总是希望保持输出电压的大小不受不在阻抗的影响。因此，多数采用电阻电
11、容性负载。,二、激磁电源的影响,交流异步测速发电机激磁电源电压幅值的不稳定，会直接引起输出电压的不稳定，因而影响输出特性的线形误差。因此，对于要求稳定性高，误差小的异步测速发电机，都采用专用的电源供电，其电源的幅值和频率不受其他因素的影响。,三、温度的影响,环境温度的变化和电机长时间工作的发热，会使定子绕组和杯形转子的电阻以及磁性材料的性能发生变化，这样就会对电机的性能产生影响，使输出特性不稳定。,四、移相问题,在自动控制系统中，往往希望输出电压与激磁电压相位相同，因而要进行移相。移相可以在激磁回路中进行，也可以在输出回路中进行，或者在两回路中同时进行。最简单的方法是在激磁回路中串联移相电容进行移相，电容值可用实验办法确定。,输出移相的相量分析,移相前的相量图,移相后的相量图,五、最大线性工作转速,在测速发电机的技术条件中还规定了最大线性工作转速，它表示当电机在转速情况下工作时，其线性误差不超过标准规定的范围。所以在使用中，若对于测速发电机线性度有一定要求时，则电机的工作转速就不应超出最大线性工作转速。,
