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直流測速發電機問答(成都精密-張文海)

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1直流測速發電機空載時無電樞反應,為什么電刷不在幾何中性線上時,同一轉速兩個方向的輸出電壓會一高一低?


電刷不在幾何中性線的直流發電機,在帶負載時會產生直軸電樞反應。在一種轉向下,直軸電樞反應會使磁場增小;在另一種轉向下,會使磁場減小,從而引起兩種轉向的輸出電壓不等。雖然直流發電機空載時無電樞反應,但當電刷偏離幾何中性線時,被電刷短路的繞組元件中的電勢不等于零,短路電流則會產生等效直軸電樞反應,從而造成輸出電壓出現一個轉向高一個轉向低的現象。


2直流測速發電機的輸出紋波電壓,為什么在基波上會疊加很多高頻波形?


直流測速發電機的紋波電壓,理論上是每極下各個繞組元件中半波輸出電壓疊加而成的直流脈動分量。每個繞組元件輸出電壓波形形狀,取決于磁場波形形狀。如果磁場波形近似為正弦波,那么每個繞組元件半波輸出電壓疊加的紋波電壓,應是有規則的低頻脈動正弦半波電壓。而實際上磁場波形還要受電樞齒槽磁阻不同的影響。因此,真正的磁場波形是在正弦半波上疊加了許多齒諧波(即高頻波形),諧波次數等于每極下的齒槽數。這樣,在直流測速發電機輸出的紋波電壓基波上,自然就會疊加上這種高頻波形。


3直流測速發電機只輸出測速信號,不輸出能量,為什么卻要規定最高工作轉速?


直流測速發電機的一項重要指標是線性度。要保證線性度高,則發電機的主磁場必須穩定。但由于測速發電機自身的特點,換向元件換向時的自感電勢和切割電勢短路產生的附加電流都會使主磁場去磁,即延遲換向去磁。低速下這種去磁現象并不明顯;但在高速下,去磁會使測速發電機的線性度變得很差。由于換向元件換向時的自感電勢和切割電勢都與轉速的平方成正比,所以一般小容量的直流測速發電機都要規定最高工作轉速,其目的就是為了限制延遲換向去磁,以保證輸出電壓的線性度。


4低速高靈敏永磁直流測速發電機的負載阻抗很高,輸出電流很小,為什么還要采用全額電刷?


低速高靈敏永磁直流測速發電機和永磁直流力矩電動機一般多采用全額電刷即有多少對磁極就用多少對電刷。而理由各不一樣。直流力矩電動機堵轉電流大,電刷用得:多,電刷的電流密度就小,這對電刷和換向器的工作壽命都滁有利:同時電刷用得多電刷的軸向尺寸可變窄,換向器可縮短,能節約用銅,所以堵轉電流大的直流力矩電動機一般都采用全額電刷。低速高靈敏永磁直流測速發電機,要求輸出電壓的紋波系數越小越好,輸出不靈敏區也越小越好。而電刷接觸的好壞會對這兩項指標產生直接影響。電刷越多,接觸越好,紋波系數越小;電刷越多,接觸壓降越小,不靈敏區也越小。由此原因,低速高靈敏永磁直流測速發電機一般也要采用全額電刷。


5低速高靈敏永磁直流測速發電機為什么能獲得高靈敏度?


高靈敏的特點是轉速低,輸出斜率高,即單位轉速的輸出電壓高。要使單位轉速的輸出電壓高,設計特點是:(1)多極式。極對數多,每一對磁極相當于一臺單獨的直流發電機,然后采用單波繞組,把每一對極的輸出電壓串聯起來(2)扁平狀。扁平狀可以加大電樞外徑,提高導體切割磁場的線速度。(3)小線徑、多匝數。繞組元件的線徑細、匝數i多,單位轉速的切割電勢高。(4)每極多槽數。這樣每極可放的元件數多,同時還可減小紋波系數。(5)采用銀石墨電刷。接觸壓降小,不靈敏區小,靈敏度高。


6直流測速發電機的負載電阻為什么要大于電機內阻的100倍?


直流測速發電機是一種高內阻電機,電樞電阻一般上百歐到幾十千歐。由于內阻大,負載電流故不能太大。因為負載電流越大,在內阻上引起的壓降越大,電機輸出的線性度則越差。為了保證足夠的線性度,直流測速發電機的負載電阻,規定要大于內阻的100倍,這樣它對輸出線性度的影響不會大于1%。直流測速發電機的輸出電壓測試,規定要用高內阻的電壓表測試,其目的也是不能使測試電流太大,否則會在電機高內阻上引起高的電壓降,從而影響測試準確性。


7直流電機是可逆的。給直流測速發電機通直流電,它能變成電動機轉動嗎?


不能。直流測速發電機理論上是可逆的,但是由于直流測速發電機一般內阻很大,即使通最高輸出電壓,電機得到的起動電流也很小,由此產生的起動轉矩很小,甚至無法克服電機自身磁阻產生的阻轉矩。所以直流測速發電機通直流電,并不能象電動機那樣自然轉動,原因即在于此。


8直流發電機不允許輸出短路,為什么直流測速發電機卻可以輸出短路?


直流發電機和直流測速發電機兩者的特點完全不一樣。直流發電機的特點是輸出能量,故內阻小,這樣輸出更穩定;內部損耗也更小。但因內阻小,短路電流則很大,一旦發生短路,短路損耗瞬間就會將電機燒毀,所以直流發電機不允!許輸出短路。而直流測速發電機的特點是輸出信號,不輸出能量,故內阻一般很大。這樣可減小輸出電流,提高輸出線性度,同時也可減小伺服機構的驅動功率。因其內阻大,即使輸出端直接短路,短路電流也不大,小的只有幾毫安,大的也不過幾百毫安,短路損耗在短時間內不足以將電機燒毀例如,一般低轉速、高斜率的直流測速發電機的內阻,常在數千歐和數十千歐以上,短路電流常在幾毫安左右,短路損耗低于10W,故這類測速發電機即使長時間短路,電機也可安然無恙。而一般高轉速、低斜率的直流測速發電機,內阻般稍小于前者,短路電流可達數百毫安,短路損耗可達數十瓦。雖然允許短路,但時間不能太長,太長也會使電機燒毀。


9加大氣隙,為什么能減小直流測速發電機的紋波系數?


直流測速發電機的紋波電壓主要是電樞齒槽磁阻變化引起氣隙磁場變化造成的,氣隙磁場變化大,紋波電壓隨之增大,則紋波系數大;反之則紋波系數小。電路中增大電阻具有恒流作用。同電路相似,磁路中增大氣隙即可增大磁阻,則具有恒磁作用,這樣氣隙磁場更穩定,齒槽磁阻變化相對影響減小。所以增大氣隙能減小直流測速發電機的輸出


10直流測速發電機的紋波系數與轉速無關,為什么用穩速轉臺測紋波系數時,高低速下測值卻不一樣,低速大,高速小?


這是穩速轉臺自身固有缺陷造成的,不是電機問題。測試直流測速發電機的紋波系數,既要穩速轉臺的平均轉速穩定,又要瞬時轉速穩定,而且瞬時轉速穩定更重要。然而般的穩速轉臺,其平均轉速的穩定精度可以達到很高。瞬時轉速的穩定精度,在每分鐘幾轉的低速下卻很糟糕,因瞬時轉速要靠慣量穩速,而在低速下慣量較難發揮穩速作用,所以即使高穩定精度的穩速轉臺,每分幾轉下的瞬時轉速穩定性都很差。這樣,用穩速轉臺測直流測速發電機的紋波系數時,造成低速下紋波系數大、高速下紋波系數小的現象。當然,前者錯誤,后者真實。


11直流測速發電機每極下的元件數越多,紋波系數越小,虛槽可以成倍增加每極元件數,虛槽是否可以使直流測速發電機的紋波系數更小?


不會。直流測速發電機每極下元件數越多,紋波系數越小,它是指實槽元件數而不是虛槽元件數。實槽元件,每兩個相鄰元件之間,輸出都有一定的相角差,對直流半波的平波作用很重要。每極下元件數越多,相鄰元件輸出相角差越小,平波作用越好,電機輸出紋波系數越小。然而,同一槽中的兩個虛槽元件之間輸出并無相角差,只有同相幅值的疊加,當然也就無平波作用。所以直流測速發電機采用虛槽,不會使紋波系數更小。但從另一個角度看,虛槽能改善換向,使換向電感大大減小。當u=2時,換向電感可以減小到原來的1/4,因電感與匝數的平方成正比,而換向不好,也能影響測速發電機的紋波系數,所以從這一角度看,虛槽對減小紋波系數也有一定作用。


12電勵磁直流測速發電機的勵磁回路中為什么要串一只比繞組電阻大幾倍的電阻?


這是一只穩流電阻。直流測速發電機運行中因發熱,勵磁繞組電阻會增大,勵磁電流會減小,從而引起主磁通減小。測速機保持輸出線性的關鍵是主磁通穩定。在勵磁繞組中串一只比勵磁繞組電阻大幾倍穩流電阻后,對勵磁電流不會造成影響,卻具有恒流作用。勵磁繞組恒流后,運行發熱不會引起主磁通減小,從而不會使輸出線性度變差。因此,穩流電阻又稱為溫度補償電阻。



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