緒論

一、控制元件的作用和分類

1、執行元件。它的職能是驅動控制對象，直接完成控制任務。

2、測量元件。它的職能是將被測量檢測出來并轉換成一種容易處理和使用的量。測量元件又稱為傳感器。

3、放大元件。它的職能是將微弱信號放大，以便最后驅動執行元件。

4、校正元件。其作用是改善系統的性能，使系統正常可靠地工作并達到規定的性能指標。

牛牛文庫文檔分享緒論一、控制元件的作用和分類1緒論二、本課程的主要內容

介紹控制系統中常見的執行元件和測量元件。作為執行元件的控制電機包括各種直流伺服電動機，交流伺服電動機，步進電動機和小功率同步電動機等。作測量元件的控制電機包括自整角機，旋轉變壓器，交、直流測速發電機等?？刂齐姍C是最重要的一大類控制元件，也是本課程的主要內容。

牛牛文庫文檔分享緒論二、本課程的主要內容牛牛2

1、在學習過程中，要由淺入深地研究和分析其中的電磁關系和它們的基本原理與特性。2、要掌握重點。要集中精力掌握一些基本規律和一些主要理論。對于一些枝節問題可不必過于深究。3、要用辯證法的觀點，將各種控制電機聯系起來，著重分析和掌握一些共同規律，同時也研究每個電機所具有的特殊性質。緒論三、如何學好本課程

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1、在學習過程中，要由淺入深地研究和分析其中的電磁3緒論三、主要參考書：1、陳隆昌編著《控制電機》

西安電子科技大學出版社；2、梅曉榕編著《自動控制元件及線路》

哈爾濱工業大學出版社；3、劉向群編著《自動控制元件》（電磁類）北航出版社：4、秦曾煌編著《電工技術》（電機部分）高等教育出版社。

牛牛文庫文檔分享緒論三、主要參考書：1、陳隆昌編著《控制電機》www.n4緒論三、自動控制元件自動控制系統中的應用

自動控制系統特別是計算機自動控制系統已成為現代科學技術、軍事工程和現代工業等領域不可缺少的部分，因而使自動控制元件在大型飛機、導彈、人造衛星、汽車、機床、機器人、家用電器等各種控制系統中得到廣泛的應用。

1.自動控制系統組成方框圖（圖01）

2.飛機電傳操控系統（圖02）

牛牛文庫文檔分享緒論三、自動控制元件自動控制系統中的應用自動控制5緒論

牛牛文庫文檔分享緒論牛牛文庫文檔分享6動畫演示緒論

牛牛文庫文檔分享動畫演示緒論牛牛文庫文檔分享7第一章直流測速發電機

從能量轉換的角度來看，它把機械能轉換為電能，輸出直流電；從信號轉換的角度來看，它把轉換信號轉換成電壓信號，其值和轉速成正比，即

U=Kn

式中U--測速發電機的輸出電壓；

n--測發電機的轉速；K--比例系數。測速發動機的輸出電壓能表征轉速。因而可以用來測速，故得名測速發電機。

牛牛文庫文檔分享第一章直流測速發電機從能量轉換的角度來看，它把機械8第一章

直流測速發電機

1.1直流發電機的工作原理和結構1.2直流測速發電機及其輸出特性1.3直流測速發電機的誤差及其減小方法1.4直流測速發電機的應用1.5直流測速發電機的性能指標使用和

發展方向

牛牛文庫文檔分享第一章直流測速發電機1.1直流發電機的工作原理和91.1

直流發電機的工作原理和結構1.1.1直流電勢是怎樣產生的圖1-1環形繞組原理圖圖1-2等效電路

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.1直流電勢是101.1

直流發電機的工作原理和結構示動畫演示1.1.1直流電勢是怎樣產生的

圖1-3直流電機示意圖NS1234567810911121314151612345678109111213141516鼓形鐵心

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構示動畫演示1.1.1111.1直流發電機的工作原理和結構1.1.2

直流電機基本結構1

機殼2

定子鐵心3電樞4電刷座5電刷6換向器7激磁繞組8端蓋9空氣隙10軸承圖1-4直流電機結構簡圖

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.2直流電機基121.1直流發電機的工作原理和結構直流電機總體結構可以分為兩大部分：靜止部分（定子）；旋轉部分（轉子）定子和轉子之間存在間隙（稱為空氣隙）定子由定子鐵心、激磁繞組、機殼、端蓋和電刷裝置等組成。轉子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸等組成。一般小型電機的軸是通過軸承支撐在端蓋上。1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構直流電機總體結構可以分為131.1直流發電機的工作原理和結構1、定子鐵心和激磁繞組磁極：用0.35～0.55mm的電工鋼片疊壓而成。磁極的極掌（極靴）較極身為寬。激磁繞組由銅線繞制而成，套在磁極上。當激磁極繞組通以直電時就產生磁通，形成N、S極。

圖1-5定子結構簡圖1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1、定子鐵心和激磁繞組141.1直流發電機的工作原理和結構

2、電樞鐵心和電樞繞組

用0.35～0.5mm電工鋼片的沖片疊壓而成電樞繞組：將絕緣銅導線預先制成元件，并嵌在槽內，然后將元件的兩個端頭，按照一定的規律接到換向器上。

圖1-7電樞鐵心和繞組圖1-6電樞鐵心沖片1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構2、電樞鐵心和電樞繞151.1直流發電機的工作原理和結構3、換向器和電刷

換向器是由許多換向片（銅片）疊裝面成。換向片之間用云母絕緣，各換向片和元件聯接。電刷放在電刷座中，用彈簧將它壓在換向器上，使之和換向器有良好的滑動接觸。

在直流電機中，電刷和換向器的作用是將是樞繞組中的交變電勢轉換成電刷間的直流電勢。圖1-8塑料換向器剖面圖1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構3、換向器和電刷161.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3

直流電勢的大小圖1-1環形繞組原理圖圖1-2等效電路

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3直流電勢的大171.1直流發電機的工作原理和結構式中:

ei

--每一導體的感應電勢；

S--一對電刷間的串聯導體數?！?-11.1.3

直流電勢的大小式中Bx--為導體所在點的磁通密度；

l--導體在磁場中的長度（電樞鐵心的長度）；

v--導體切割磁通的線速度（電樞的圓周速度）。

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構式中:ei--181.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3

直流電勢的大小式中Bp--每一極下的氣隙平均磁密:

F--每極總磁通，單位為韋伯（Wb）；

τ--極距，τ=電樞圓周長/極數，單位是米。

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3直流電勢的大19若電樞繞組總有效導體數為N，繞組的并聯支路對數為a，則每支路的導體數即為N/2a。由此可得電樞繞組的感應電勢為：

1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3

直流電勢的大小令則

牛牛文庫文檔分享若電樞繞組總有效導體數為N，繞組的并聯支路對數為a，則每支路201.1直流發電機的工作原理和結構式中Ce為一個常數，其大小由電機本身參數決定。當每極磁通一定時,為常數，令則其中，Ke稱為電勢系數。1.1.3

直流電勢的大小

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構式中Ce為一個常數，211.1直流發電機的工作原理和結構

結論：

電刷兩端的感應電勢和電機的轉速成正比。即電勢的大小能表征轉速的大小。因此直流發電機能把轉速信號轉換成電勢信號，從而可用來測速。

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構結論：www.ni221.2

直流測速發電機及其輸出特性

1.2.1

直流測速發電機的類型

1.2.2

自動控制系統對直流測速發電機的要求

1.2.3

直流測速發電機的輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2直流測速發電機及其輸出特性1.2.1直流測速發231.2.1

直流測速發電機的類型按照激磁方式分，直流測速發電機有兩種型式：（1）永磁式其定子磁極由永久磁鋼做成，沒有激磁繞組.圖1-9永磁直流測速機1.2

直流測速發電機及其輸出特性

圖1-10他激直流測速機（2）電磁式其定子激磁繞組由外部電源供電，通電時產生磁場。

牛牛文庫文檔分享1.2.1直流測速發電機的類型按照激磁方式分，直流測速發241.2.2

自動控制系統對直流測速發電機的要求（1）輸出電壓和轉速關系（即輸出特性）應為線性;（2）輸出特性斜率大；（3）溫度變化對輸出特性的影響要小；（4）輸出電壓紋波要小即要求在一定的轉速下輸出電壓要穩定，波動要?。唬?）正反轉兩個方向的輸出特性要一致。

自動控制系統對其元件的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好。據此，直流測速發電機在電氣性能方面應滿足下列要求：圖1-11測速發電機的理想輸出特性1.2

直流測速發電機及其輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2.2自動控制系統對直流測速發電機的要求（1）輸出電251.2.3

直流測速發電機的輸出特性

已知當測速發電機接上負載RL后，電壓平衡方程式為1.2

直流測速發電機及其輸出特性

圖1-12直流測速機接上負載

牛牛文庫文檔分享1.2.3直流測速發電機的輸出特性已知當測速發電機接上261.2.3

直流測速發電機的輸出特性上式是負載時輸出電壓和轉速的關系。若式中Ra

和RL

均為常數，則Ua

與n

之間仍呈線性關系，只不過是隨著負載電阻的減小，輸出特性的斜率變小而已。1.2

直流測速發電機及其輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2.3直流測速發電機的輸出特性上式是負載時輸出電壓和271.2.3

直流測速發電機的輸出特性圖1-12直流測速機接上負載圖1-13不同負載電阻時的理想輸出特性1.2

直流測速發電機及其輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2.3直流測速發電機的輸出特性圖1-12直流測速機281.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

1.3.1

溫度影響1.3.2

電樞反應的影響1.3.3

延遲換向的去磁作用1.3.4

紋波1.3.5

電刷接觸壓降

圖1-13不同負載電阻時的理想輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.3直流測速發電機的誤差及其減小方法1.3.1溫度291.3.1

溫度影響減小溫度變化對輸出特性的影響，通常采取的措施是：（1）測速發電機的磁路設計得比較飽和，因而勵磁電流變化時所引起的磁通變化量較小。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

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牛牛文庫文檔分享1.3.1溫度影響減小溫度變化對輸出特性的影響，通常采取301.3.1

溫度影響

對永磁式直流測速度電機來說，若選用熱穩定性好的永磁材料，則不必考慮溫度對輸出特性的影響。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

（2）用串聯電阻來減小勵磁電流的變化量。在勵磁回路中串聯一個熱敏電阻并聯網絡，如圖所示。圖1-14勵磁回路中串聯熱敏電阻并聯網絡圖1-15電阻隨溫度變化曲線

牛牛文庫文檔分享1.3.1溫度影響對永磁式直流測速度電機來說，31

電機空載時，只有激磁繞組產生主磁場。當接負載時，電樞繞組中有電流流過，產生電樞磁場。所以負載運行時電機的磁場是主磁場與電樞磁場相疊加。電樞磁場對主磁場的影響稱為電樞反應。1.3.2

電樞反應的影響1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

什么是電樞反應？i1u1e1e2u2KZLi2N1N2

牛牛文庫文檔分享電機空載時，只有激磁繞組產生主磁場。當接負載時，電樞繞組32圖1-17直流測速發電機輸出特性1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

1.3.2

電樞反應的影響

負載電阻越小或轉速越高，都會使電樞電流增大，去磁作用增強，非線性誤差增大。

為了減小電樞反應對輸出特性的影響，在直流測速發電機的技術數據中標有最大轉速和最小負載電阻值。

牛牛文庫文檔分享圖1-17直流測速發電機輸出特性1.3直流測速發電機的331.3.3

延遲換向的去磁作用

延遲換向的存在，使換向元件中的產生一個附加電流，在被電刷短路的換向元件中流動，從而產生磁通，并對主磁通起去磁作用，使主磁通減小。

1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

圖1-17換向電流的去磁作用

牛牛文庫文檔分享1.3.3延遲換向的去磁作用延遲換向的存在，使換向341.3.3

延遲換向的去磁作用圖1-18延遲換向對輸出特性的影響1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

為了改善線性度，對小容量測速機一般采取限制轉速的措施來限制延遲換向的去磁作用，這一點與限制電樞反應去磁作用的措施是一致的，所以直流測速發電機規定了最高轉速，使用時不得超過。

牛牛文庫文檔分享1.3.3延遲換向的去磁作用圖1-18延遲換向對輸出特351.3.4

紋波

紋波主要是由于電機本身的固有結構及加工誤差所引起的，例如電樞元件數有限，電樞鐵心有齒有槽，以及電樞鐵心的橢圓度、偏心等。紋波電壓的存在對于測速機用于阻尼或轉速控制時都不利，特別是用在積分裝置中更是不允許，因此在結構上和設計上都要采用一定的措施來減小（但不能消除）它的幅值。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享1.3.4紋波紋波主要是由于電機本身的固有結361.3.5

電刷接觸壓降

電刷接觸壓降與下述因素有密切關系：（1）電刷和換向器的材料；（2）電刷的電流密度；（3）電流的方向；（4）電刷單位面積上的壓力；（5）接觸表面的溫度；（6）換向器圓周線速度；（7）換向器表面的化學狀態和機械方面的因素等。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享1.3.5電刷接觸壓降電刷接觸壓降與下述因素有密37

考慮電刷接觸壓降后，直流測速發電機的輸出特性如圖1-19所示。在轉速較低時，輸出特性上有一段斜率顯著下降的區域。此區域內，測速機雖有輸入信號（轉速）但輸出電壓很小，對轉速的反應很不靈敏，所以此區域叫不靈敏區。1.3.5

電刷接觸壓降圖1-19考慮電刷接觸壓降后的輸出特性1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享考慮電刷接觸壓降后，直流測速發電機的輸出特性如圖1-1381.3.5

電刷接觸壓降

為了減小電樞接觸壓降的影響，縮小不靈敏區，在直流沒速發電機中，常常采用接觸壓降較小的銀一石墨電刷。在高精度的直流測速發電機中還采用銅電刷，并在它和換向器接觸的表面上鍍上銀層，使換向器不易磨損，也能有效地減小接觸壓降。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享1.3.5電刷接觸壓降為了減小電樞接觸壓降的391.4.1

作為系統的阻尼元件

圖1-20直流測速發電機作阻尼元件應用1.4

直流測速發電機的應用

牛牛文庫文檔分享1.4.1作為系統的阻尼元件圖1-20直流測速發電機401.4.2

對旋轉機械作速度控制

圖1-21恒速控制系統原理圖1.4

直流測速發電機的應用

牛牛文庫文檔分享1.4.2對旋轉機械作速度控制圖1-21恒速控制411.4.3

實現輸入量對時間的積分圖1-22實現輸入量對時間積分的原理圖1.4

直流測速發電機的應用

牛牛文庫文檔分享1.4.3實現輸入量對時間的積分圖1-22實現輸入421.5

直流測速發電機的性能指標、使用和發展動向1.5.1直流測速發電機主要性能指標1.5.2

直流測速發電機的使用

１、選用應根據直測速發電機在系統中的功用而提出不同的技術要求。當作為解算元件或用于恒速控制時，應著重考慮其線性度和紋波電壓，而對輸出斜率的要求則是第二位的；當作為阻尼元件時，應頭等著重考慮其輸出斜率，而對其線性度和紋波電壓的要求并不是很嚴格的。

牛牛文庫文檔分享1.5直流測速發電機的性能指標、使用和發展動向1.5.143

２、接線他勵直測速發電機的端蓋上有一塊接線板，板上有四個接線柱。其中兩個接線柱為激磁繞組的端頭，另兩個接線柱為電樞繞組的端頭。3、技術數據（見書P70型號含義及表1-3、表1-4）圖1-22直流測速發電機的出線標記1.5

直流測速發電機的性能指標、使用和發展動向

牛牛文庫文檔分享２、接線他勵直測速發電機的端蓋上有一塊接線板，板上有四441.5

直流測速發電機的性能指標、使用和發展動向

直流測速發電機的發展趨勢是提高靈敏度和線性度，減小紋波電壓和變溫所引起的誤差，減輕重量，縮小體積，增加可靠性，發展新品種。目前國內外較重視發展永磁高靈敏度直流測速發電機，其輸出電壓斜率大，低速精度高。改進電刷和換向器的接觸裝置，發展無刷直測速發電機，以增加可靠性及減小對其它線路的影響，永磁式無槽電樞、杯形電刷、印制繞組電樞測速發電機因其轉動慣量小，線性度好，紋波電壓小，也是測速發電機發展方向之一。

牛牛文庫文檔分享1.5直流測速發電機的性能指標、使用和發展動向直流45小結

直流電勢是利用“導體在磁場中運動產生感應電勢”的電磁規律，通過電刷和換向器的作用而獲得的。具體地說是由于電刷通過換向器把同一極下的導體串聯成一條支路，而同一極下導體的電勢方向是不變的，因此，電刷兩端輸出直電勢。從電勢公式和電壓平衡方程式Ua=Ea-IaRa以及Ia=Ua/RL就可以導出輸出特性的關系式

牛牛文庫文檔分享小結直流電勢是利用“導體在磁場中運動產生感應電勢”的46

在理想條件下，輸出特性為一直線，而實際的特性與直線有偏差，此偏差稱非線性誤差。造成非線性誤差的原因有好幾種，電樞反應和延遲換向的去磁效應使非線性誤差隨著轉速的增大或負載電阻的減小而增大。因此，在使用時必須注意電機轉速得不超過規定的最高轉速，負載電阻不可小于給定值。紋波電壓、電刷和換向器接觸壓降的變化造成了輸出特性的不穩定。因而降低了測速發電機的精度。測速發電機的輸出特性對于溫度的變化是比較敏感的，凡是溫度變化較大，或對變溫輸出誤差要求嚴格的場合，應對測速機進行溫度補償。學習重點是掌握直測速發電機的工作原理和直測速發電機的輸出特性。小結

牛牛文庫文檔分享在理想條件下，輸出特性為一直線，而實際的特性與直線47復習思考題１、為什么直流發電機電樞繞組元件的電勢是交變電勢而電刷勢是直流電勢？２、如果圖1-1中的電樞反時針方向旋轉，試問元件電勢的方向和Ａ、Ｂ電刷的極性如何？３、為了獲得最大的直電勢，電刷應放在什么位置？為什么端部對稱的鼓形繞組（圖1-3）的電刷放在磁極軸上？４、簡述直流測速發電機的輸出特性，影響其特性線性的主要因素有哪些？５、為什么直測速機的轉速不得超過規定的最高轉速？負載電阻不能小于給定值？

牛牛文庫文檔分享復習思考題１、為什么直流發電機電樞繞組元件的電勢是交變電勢而48緒論

一、控制元件的作用和分類

1、執行元件。它的職能是驅動控制對象，直接完成控制任務。

2、測量元件。它的職能是將被測量檢測出來并轉換成一種容易處理和使用的量。測量元件又稱為傳感器。

3、放大元件。它的職能是將微弱信號放大，以便最后驅動執行元件。

4、校正元件。其作用是改善系統的性能，使系統正常可靠地工作并達到規定的性能指標。

牛牛文庫文檔分享緒論一、控制元件的作用和分類49緒論二、本課程的主要內容

介紹控制系統中常見的執行元件和測量元件。作為執行元件的控制電機包括各種直流伺服電動機，交流伺服電動機，步進電動機和小功率同步電動機等。作測量元件的控制電機包括自整角機，旋轉變壓器，交、直流測速發電機等?？刂齐姍C是最重要的一大類控制元件，也是本課程的主要內容。

牛牛文庫文檔分享緒論二、本課程的主要內容牛牛50

1、在學習過程中，要由淺入深地研究和分析其中的電磁關系和它們的基本原理與特性。2、要掌握重點。要集中精力掌握一些基本規律和一些主要理論。對于一些枝節問題可不必過于深究。3、要用辯證法的觀點，將各種控制電機聯系起來，著重分析和掌握一些共同規律，同時也研究每個電機所具有的特殊性質。緒論三、如何學好本課程

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1、在學習過程中，要由淺入深地研究和分析其中的電磁51緒論三、主要參考書：1、陳隆昌編著《控制電機》

西安電子科技大學出版社；2、梅曉榕編著《自動控制元件及線路》

哈爾濱工業大學出版社；3、劉向群編著《自動控制元件》（電磁類）北航出版社：4、秦曾煌編著《電工技術》（電機部分）高等教育出版社。

牛牛文庫文檔分享緒論三、主要參考書：1、陳隆昌編著《控制電機》www.n52緒論三、自動控制元件自動控制系統中的應用

自動控制系統特別是計算機自動控制系統已成為現代科學技術、軍事工程和現代工業等領域不可缺少的部分，因而使自動控制元件在大型飛機、導彈、人造衛星、汽車、機床、機器人、家用電器等各種控制系統中得到廣泛的應用。

1.自動控制系統組成方框圖（圖01）

2.飛機電傳操控系統（圖02）

牛牛文庫文檔分享緒論三、自動控制元件自動控制系統中的應用自動控制53緒論

牛牛文庫文檔分享緒論牛牛文庫文檔分享54動畫演示緒論

牛牛文庫文檔分享動畫演示緒論牛牛文庫文檔分享55第一章直流測速發電機

從能量轉換的角度來看，它把機械能轉換為電能，輸出直流電；從信號轉換的角度來看，它把轉換信號轉換成電壓信號，其值和轉速成正比，即

U=Kn

式中U--測速發電機的輸出電壓；

n--測發電機的轉速；K--比例系數。測速發動機的輸出電壓能表征轉速。因而可以用來測速，故得名測速發電機。

牛牛文庫文檔分享第一章直流測速發電機從能量轉換的角度來看，它把機械56第一章

直流測速發電機

1.1直流發電機的工作原理和結構1.2直流測速發電機及其輸出特性1.3直流測速發電機的誤差及其減小方法1.4直流測速發電機的應用1.5直流測速發電機的性能指標使用和

發展方向

牛牛文庫文檔分享第一章直流測速發電機1.1直流發電機的工作原理和571.1

直流發電機的工作原理和結構1.1.1直流電勢是怎樣產生的圖1-1環形繞組原理圖圖1-2等效電路

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直流發電機的工作原理和結構示動畫演示1.1.1直流電勢是怎樣產生的

圖1-3直流電機示意圖NS1234567810911121314151612345678109111213141516鼓形鐵心

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直流電機基本結構1

機殼2

定子鐵心3電樞4電刷座5電刷6換向器7激磁繞組8端蓋9空氣隙10軸承圖1-4直流電機結構簡圖

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.2直流電機基601.1直流發電機的工作原理和結構直流電機總體結構可以分為兩大部分：靜止部分（定子）；旋轉部分（轉子）定子和轉子之間存在間隙（稱為空氣隙）定子由定子鐵心、激磁繞組、機殼、端蓋和電刷裝置等組成。轉子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸等組成。一般小型電機的軸是通過軸承支撐在端蓋上。1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構直流電機總體結構可以分為611.1直流發電機的工作原理和結構1、定子鐵心和激磁繞組磁極：用0.35～0.55mm的電工鋼片疊壓而成。磁極的極掌（極靴）較極身為寬。激磁繞組由銅線繞制而成，套在磁極上。當激磁極繞組通以直電時就產生磁通，形成N、S極。

圖1-5定子結構簡圖1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1、定子鐵心和激磁繞組621.1直流發電機的工作原理和結構

2、電樞鐵心和電樞繞組

用0.35～0.5mm電工鋼片的沖片疊壓而成電樞繞組：將絕緣銅導線預先制成元件，并嵌在槽內，然后將元件的兩個端頭，按照一定的規律接到換向器上。

圖1-7電樞鐵心和繞組圖1-6電樞鐵心沖片1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構2、電樞鐵心和電樞繞631.1直流發電機的工作原理和結構3、換向器和電刷

換向器是由許多換向片（銅片）疊裝面成。換向片之間用云母絕緣，各換向片和元件聯接。電刷放在電刷座中，用彈簧將它壓在換向器上，使之和換向器有良好的滑動接觸。

在直流電機中，電刷和換向器的作用是將是樞繞組中的交變電勢轉換成電刷間的直流電勢。圖1-8塑料換向器剖面圖1.1.2

直流電機基本結構

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構3、換向器和電刷641.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3

直流電勢的大小圖1-1環形繞組原理圖圖1-2等效電路

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3直流電勢的大651.1直流發電機的工作原理和結構式中:

ei

--每一導體的感應電勢；

S--一對電刷間的串聯導體數?！?-11.1.3

直流電勢的大小式中Bx--為導體所在點的磁通密度；

l--導體在磁場中的長度（電樞鐵心的長度）；

v--導體切割磁通的線速度（電樞的圓周速度）。

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構式中:ei--661.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3

直流電勢的大小式中Bp--每一極下的氣隙平均磁密:

F--每極總磁通，單位為韋伯（Wb）；

τ--極距，τ=電樞圓周長/極數，單位是米。

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3直流電勢的大67若電樞繞組總有效導體數為N，繞組的并聯支路對數為a，則每支路的導體數即為N/2a。由此可得電樞繞組的感應電勢為：

1.1直流發電機的工作原理和結構1.1.3

直流電勢的大小令則

牛牛文庫文檔分享若電樞繞組總有效導體數為N，繞組的并聯支路對數為a，則每支路681.1直流發電機的工作原理和結構式中Ce為一個常數，其大小由電機本身參數決定。當每極磁通一定時,為常數，令則其中，Ke稱為電勢系數。1.1.3

直流電勢的大小

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構式中Ce為一個常數，691.1直流發電機的工作原理和結構

結論：

電刷兩端的感應電勢和電機的轉速成正比。即電勢的大小能表征轉速的大小。因此直流發電機能把轉速信號轉換成電勢信號，從而可用來測速。

牛牛文庫文檔分享1.1直流發電機的工作原理和結構結論：www.ni701.2

直流測速發電機及其輸出特性

1.2.1

直流測速發電機的類型

1.2.2

自動控制系統對直流測速發電機的要求

1.2.3

直流測速發電機的輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2直流測速發電機及其輸出特性1.2.1直流測速發711.2.1

直流測速發電機的類型按照激磁方式分，直流測速發電機有兩種型式：（1）永磁式其定子磁極由永久磁鋼做成，沒有激磁繞組.圖1-9永磁直流測速機1.2

直流測速發電機及其輸出特性

圖1-10他激直流測速機（2）電磁式其定子激磁繞組由外部電源供電，通電時產生磁場。

牛牛文庫文檔分享1.2.1直流測速發電機的類型按照激磁方式分，直流測速發721.2.2

自動控制系統對直流測速發電機的要求（1）輸出電壓和轉速關系（即輸出特性）應為線性;（2）輸出特性斜率大；（3）溫度變化對輸出特性的影響要?。唬?）輸出電壓紋波要小即要求在一定的轉速下輸出電壓要穩定，波動要小；（5）正反轉兩個方向的輸出特性要一致。

自動控制系統對其元件的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好。據此，直流測速發電機在電氣性能方面應滿足下列要求：圖1-11測速發電機的理想輸出特性1.2

直流測速發電機及其輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2.2自動控制系統對直流測速發電機的要求（1）輸出電731.2.3

直流測速發電機的輸出特性

已知當測速發電機接上負載RL后，電壓平衡方程式為1.2

直流測速發電機及其輸出特性

圖1-12直流測速機接上負載

牛牛文庫文檔分享1.2.3直流測速發電機的輸出特性已知當測速發電機接上741.2.3

直流測速發電機的輸出特性上式是負載時輸出電壓和轉速的關系。若式中Ra

和RL

均為常數，則Ua

與n

之間仍呈線性關系，只不過是隨著負載電阻的減小，輸出特性的斜率變小而已。1.2

直流測速發電機及其輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2.3直流測速發電機的輸出特性上式是負載時輸出電壓和751.2.3

直流測速發電機的輸出特性圖1-12直流測速機接上負載圖1-13不同負載電阻時的理想輸出特性1.2

直流測速發電機及其輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.2.3直流測速發電機的輸出特性圖1-12直流測速機761.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

1.3.1

溫度影響1.3.2

電樞反應的影響1.3.3

延遲換向的去磁作用1.3.4

紋波1.3.5

電刷接觸壓降

圖1-13不同負載電阻時的理想輸出特性

牛牛文庫文檔分享1.3直流測速發電機的誤差及其減小方法1.3.1溫度771.3.1

溫度影響減小溫度變化對輸出特性的影響，通常采取的措施是：（1）測速發電機的磁路設計得比較飽和，因而勵磁電流變化時所引起的磁通變化量較小。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

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牛牛文庫文檔分享1.3.1溫度影響減小溫度變化對輸出特性的影響，通常采取781.3.1

溫度影響

對永磁式直流測速度電機來說，若選用熱穩定性好的永磁材料，則不必考慮溫度對輸出特性的影響。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

（2）用串聯電阻來減小勵磁電流的變化量。在勵磁回路中串聯一個熱敏電阻并聯網絡，如圖所示。圖1-14勵磁回路中串聯熱敏電阻并聯網絡圖1-15電阻隨溫度變化曲線

牛牛文庫文檔分享1.3.1溫度影響對永磁式直流測速度電機來說，79

電機空載時，只有激磁繞組產生主磁場。當接負載時，電樞繞組中有電流流過，產生電樞磁場。所以負載運行時電機的磁場是主磁場與電樞磁場相疊加。電樞磁場對主磁場的影響稱為電樞反應。1.3.2

電樞反應的影響1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

什么是電樞反應？i1u1e1e2u2KZLi2N1N2

牛牛文庫文檔分享電機空載時，只有激磁繞組產生主磁場。當接負載時，電樞繞組80圖1-17直流測速發電機輸出特性1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

1.3.2

電樞反應的影響

負載電阻越小或轉速越高，都會使電樞電流增大，去磁作用增強，非線性誤差增大。

為了減小電樞反應對輸出特性的影響，在直流測速發電機的技術數據中標有最大轉速和最小負載電阻值。

牛牛文庫文檔分享圖1-17直流測速發電機輸出特性1.3直流測速發電機的811.3.3

延遲換向的去磁作用

延遲換向的存在，使換向元件中的產生一個附加電流，在被電刷短路的換向元件中流動，從而產生磁通，并對主磁通起去磁作用，使主磁通減小。

1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

圖1-17換向電流的去磁作用

牛牛文庫文檔分享1.3.3延遲換向的去磁作用延遲換向的存在，使換向821.3.3

延遲換向的去磁作用圖1-18延遲換向對輸出特性的影響1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

為了改善線性度，對小容量測速機一般采取限制轉速的措施來限制延遲換向的去磁作用，這一點與限制電樞反應去磁作用的措施是一致的，所以直流測速發電機規定了最高轉速，使用時不得超過。

牛牛文庫文檔分享1.3.3延遲換向的去磁作用圖1-18延遲換向對輸出特831.3.4

紋波

紋波主要是由于電機本身的固有結構及加工誤差所引起的，例如電樞元件數有限，電樞鐵心有齒有槽，以及電樞鐵心的橢圓度、偏心等。紋波電壓的存在對于測速機用于阻尼或轉速控制時都不利，特別是用在積分裝置中更是不允許，因此在結構上和設計上都要采用一定的措施來減小（但不能消除）它的幅值。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享1.3.4紋波紋波主要是由于電機本身的固有結841.3.5

電刷接觸壓降

電刷接觸壓降與下述因素有密切關系：（1）電刷和換向器的材料；（2）電刷的電流密度；（3）電流的方向；（4）電刷單位面積上的壓力；（5）接觸表面的溫度；（6）換向器圓周線速度；（7）換向器表面的化學狀態和機械方面的因素等。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享1.3.5電刷接觸壓降電刷接觸壓降與下述因素有密85

考慮電刷接觸壓降后，直流測速發電機的輸出特性如圖1-19所示。在轉速較低時，輸出特性上有一段斜率顯著下降的區域。此區域內，測速機雖有輸入信號（轉速）但輸出電壓很小，對轉速的反應很不靈敏，所以此區域叫不靈敏區。1.3.5

電刷接觸壓降圖1-19考慮電刷接觸壓降后的輸出特性1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享考慮電刷接觸壓降后，直流測速發電機的輸出特性如圖1-1861.3.5

電刷接觸壓降

為了減小電樞接觸壓降的影響，縮小不靈敏區，在直流沒速發電機中，常常采用接觸壓降較小的銀一石墨電刷。在高精度的直流測速發電機中還采用銅電刷，并在它和換向器接觸的表面上鍍上銀層，使換向器不易磨損，也能有效地減小接觸壓降。1.3

直流測速發電機的誤差及其減小方法

牛牛文庫文檔分享1.3.5電刷接觸壓降為了減小電樞接觸壓降的871