稀土直流测速发电机

编辑：文浩 2026-09-17 08:04 浏览：41 次

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1、稀土直流测速发电机（直流测速发电机实验报告） 2、直流测速发电机实验报告 3、直流测速发电机接线 4、直流测速发电机励磁方式 5、直流永磁式测速发电机

稀土直流测速发电机（直流测速发电机实验报告）

电动机是一种把电能转变为机械能的机械。它的基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用着。随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电路欧姆定律、和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用,而使转子导条受到电磁力（安培力），电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。伺服电动机伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。伺服电动机有直流和交流之分；最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。旋转电机的分类，直流伺服电动机在机械特性上能够很好的满足控制系统的要求，但是由于换向器的存在，存在许多的不足：换向器与电刷之间易产生火花，干扰驱动器工作，不能应用在有可燃气体的场合；电刷和换向器存在摩擦，会产生较大的死区；结构复杂，维护比较困难。交流伺服电动机本质上是一种两相异步电动机，其控制方法主要有三种：幅值控制、相位控制和幅相控制。一般地，伺服电动机要求电动机的转速要受所加电压信号的控制；转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化；电动机的反映要快、体积要小、控制功率要小。伺服电动机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。2.2 步进电动机所谓步进电动机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构；更通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的；同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机（VR）、永磁式步进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）和单相式步进电动机等。步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机；所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。由于步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点，所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域；尤其是在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。步进电动机也存在许多缺陷；由于步进电机存在空载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于一定速度时就无法启动，并伴有尖锐的啸叫声；不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，细分数越大精度越难控制；步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。2.3 力矩电动机所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。直流力矩电动机的自感电抗很小，所以响应性很好；其输出力矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关；它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速，所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比，并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种，目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机，它具有低转速和大力矩的特点。一般地，在纺织工业中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同，但是由于鼠笼型转子的电阻较大，所以其机械特性较软。2.4 开关磁阻电动机开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市场潜力。2.5 无刷直流电动机无刷直流电机（BLDCM）是在有刷直流电动机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流；无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种是梯形波（一般是“方波”），另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。无刷直流电机为了减少转动惯量，通常采用“细长”的结构。无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以减少40%—50%左右。由于永磁材料的加工问题，致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大的应用潜力。3 功率电动机3.1 直流电动机直流电动机是出现最早的电动机，大约在19世纪末，其大致可分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机有较好的控制特性直流电动机在结构、价格、维护方面都不如交流电动机，但是由于交流电动机的调速控制问题一直未得到很好的解决方案，而直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。3.2 异步电动机异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一种交流电机。异步电动机一般为系列产品，品种规格繁多，其在所有的电动机中应用最为广泛，需量最大；在电力传动中大约有90%的机械使用交流异步电动机，其用电量约占总电力负荷的一半以上。异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机，其中三相异步电动机是异步电动机的主体。而单相异步电动机一般用于三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。3.3 同步电动机所谓同步电动机就是在交流电的驱动下，转子与定子的旋转磁场同步运行的电动机。同步电动机的定子和异步电动机的完全一样；但其转子有“凸极式”和“隐极式”两种。凸极式转子的同步电动机结构简单、制造方便，但是机械强度较低，适用于低速运行场合；隐极式同步电动机制造工艺复杂，但机械强度高，适用于高速运行场合。同步电动机的工作特性与所有的电动机一样，同步电动机也具有“可逆行”，即它能按发电机方式运行，也可以按电动机方式运行。同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件；其中三相同步电动机是其主体。还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。4 信号电机4.1 位置信号电机最有代表性的位置信号电机：旋转变压器、感应同步器和自整角机。旋转变压器本质上是可以随意改变一次绕组和二次绕组耦合程度的变压器。其结构和绕线式异步电动机相同，定子和转子各有两组相互垂直的分布绕组，转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。当一次绕组励磁以后，二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦、余弦、线性或者其他函数关系，可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算，还可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。感应同步器是一种高精度的位置或角度检测元件，有圆盘式和直线式两种。圆盘式感应同步器用来测量转角位置；而直线式感应同步器用来测量线位移。自整角机是一种感应式机电元件，被广泛地应用于随动系统中，作为角度传输、变换和指示的装置。在控制系统中经常两台或者多台联合使用，使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角变化，或者同步旋转。4.2 速度信号电机最有代表性的速度信号电机是测速发电机，其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。从工作原理上讲，它属于“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。测速发电机有直流和交流之分；而直流测速发电机又有他励和永磁之分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小，作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上限。而交流测速发电机又有同步和异步之分；同步测速发电机包括：永磁式、感应式和脉冲式；异步测速发电机应用最广泛的是杯型转子异步测速发电机。为了提高测速发电机的精确度和可靠性，直流测速发电机出现了无刷结构的霍尔效应直流测速发电机。因为这种霍尔效应无刷直流测速发电机是一种无齿槽、无绕组的电机，所以它不会产生由于齿槽而存在的“齿槽谐波电势”，这种电机结构简单，便于小型化。

直流测速发电机实验报告

实验一永磁式直流测速发电机

测速发电机是一种测量转速信号的元件，它将输入的机械转速变换为电压信号输出，且输出电压与转速成正比。在自动控制系统中用作测量元件和反馈元件，用以测量转速或调节和稳定转速。测速发电机有交、直流两大类，交流测速发电机有异步和同步之分，直流测速发电机根据励磁方式不同，又可分为永磁式和他励磁式之分，本书使用的是永磁式直流测速发电机。一、实验方法1、实验设备序号型号名称数量1HK01电源控制屏1件2HK02实验桌1件3HK03涡流测功系统导轨1件4DJ25直流他励电动机1件5永磁式直流测速发电机1件2、按图1-1接线。图中直流电机M选用DJ25作他励接法，永磁式直流测速发电机为HK10，Rf1选用900Ω阻值， RZ选用10KΩ/2W电阻，把Rf1调至最大，电压表选择直流电压表的20V档，S选择控制屏上的开关并断开。图1-1 直流测速发电机接线图3、先接通励磁电源，再接通电枢电源，并将电枢电源调至220V，使电动机运行，调节励磁电阻Rf1使转速达2400 r/min，然后减小励磁电阻Rf1和电枢电源输出电压逐渐使电机减速，每300 r/min记录对应的转速和输出电压。4、共测取8~9组，记录于表1-1中。5、合上双刀双掷开关S，重复上面步骤，记录8~9组数据于表1-2中。表1-1n(r/min)U(V)表1-2n(r/min)U(V)二、实验报告1、由：得：式中： Ra――电枢回路总电枢Rz――负载电阻E0=CeΦn――电枢总电势2、作出U=f(n)曲线。三、思考题1、直流测速发电机的误差主要由哪些因素造成？2、在自动控制系统中主要起什么作用

直流测速发电机接线

四根线，有两根是励磁用的，另外两根是接感应电压，也就是测速信号的。光电编码盘，模拟测速发电机：

直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。对直流测速发电机的主要要求是：（1）输出电压要严格地与转速成正比，并且不受温度等外界条件变化的影响；（2）在一定的转速下，输出电压要尽可能的大；（3)不灵敏区要小。

直流测速发电机可分为励磁式和永磁式两种。励磁式由励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。

直流测速发电机励磁方式

测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。它能将机械转速转换成电压信号，其输出电压与输入转速成正比。根据输出信号的形式，测速发电机可分为交流测速发电机和DC测速发电机。DC测速发电机实际上是一个微型DC发电机。

DC测速发电机原理

DC测速发电机原理图

DC发生器的工作是基于电磁感应定律，即运动的导体切割磁力线，在导体中产生切割电位；或者匝链线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电势。如图所示，

DC测速发电机的分类

根据激励方式，有两种类型的DC测速发电机。

1.永磁型

永磁DC测速发电机的定子磁极由永磁钢制成，没有励磁绕组，用下图中的符号表示。

永磁DC测速发电机

2.电磁的

电磁DC测速发电机的定子励磁绕组由外部电源供电，通电后产生磁场，如下图符号所示。

电磁DC测速发电机

DC测速发电机性能指标

1.线性误差

在工作速度范围内，实际输出电压与理想输出电压的最大差值mU？与最大理想输出电压的比值称为线性误差。

2.最大线性工作速度

允许线性误差范围内的最大电枢速度称为最大线性工作速度。即测速发电机的额定转速。

3.输出斜率

在额定励磁条件下，单位转速产生的输出电压称为输出斜率。数值越大越好。增加负载电阻可以改善输出斜率。

4.负载电阻

确保输出特性在允许误差范围内的最小负载电阻值。使用时，电枢两端连接的电阻不应小于该值。

5.不敏感区

由于换向器和电刷之间的接触压降，测速发电机的输出电压很低，在低速时几乎为零。这个速度范围称为不敏感区。

6.输出电压的不对称性

在同一转速下，测速发电机输出电压差的绝对值与两者平均值之比称为输出电压不对称。一般不对称度为0.35%~2%。

7.波纹系数

在一定速度下，输出电压的交流分量的峰值与DC分量的比值称为纹波系数。

DC测速发电机的误差及其减小方法

DC测速发电机的输出特性并不是严格线性的，但它们之间存在误差。错误的原因和减少错误的方法将在下面讨论。

1.电枢反应的影响

DC测速发电机加载时，负载电流流经电枢，导致电枢反应退磁，使电机气隙磁通减小。在相同转速下，电枢绕组在负载下的感应电动势小于空载时的感应电动势。负载电阻越低或转速越高，电枢电流越大，电枢反应的退磁作用越强，气隙磁通下降越多，输出电压下降越显著。

为了减少电枢反应对输出特性的影响，电机的气隙磁通应尽可能保持不变。通常采取以下措施:

(1)对于电磁DC测速发电机，在定子磁极上安装补偿绕组。有时，为了调整补偿程度，需要连接分流电阻。

(2)设计电机时，选择较小的线负载和较大的气隙。

(3)使用时，转速不得超过最大直线工作速度，连接的负载电阻不得小于最小负载电阻。

2.电刷接触电阻的影响

发电机带负载时，电刷与换向器的接触电阻会引起电刷的接触压降，从而降低输出电压。

电刷的接触电阻是非线性的，与电流密度有关。电枢电流小时，接触电阻大，接触压降也大。电枢电流大时，接触电阻小。可以看出，接触电阻与电流成反比。只有当电枢电流较大，电流密度达到一定值时，电刷接触压降才能近似认为是常数。

当转速较低时，输出特性中存在一个输出电压极低的区域，称为无效。

敏感区域。也就是说，在这个区域中，尽管测速发电机具有输入信号(转速)，但是其输出电压非常小，并且其对转速的响应非常不敏感。接触电阻越大，不敏感区域越大。

为了减小电刷接触压降的影响，减小不灵敏区，DC测速发电机中常采用导电性好的黄铜-石墨电刷或含银金属电刷。铜换向器表面容易形成氧化层，也会增加接触电阻。在要求高的情况下，换向器也采用含银合金或在表面镀一层银，这样也可以减少电刷与换向器之间的磨损。

3.刷子位置的影响

DC测速发电机带负载运行时，如果电刷没有严格位于几何中性线上，测速发电机正反转时输出电压会不对称，即测速发电机正反转同速时输出电压不会完全相等。这是因为当电刷偏离几何中性线一个小角度时，电枢反应的直轴分量磁通会在一个方向消磁，而在另一个方向磁化。在两种不同的转向下，虽然转速相同，但电枢绕组的感应电动势不相等，其输出电压也不相等。

4.温度的影响

电磁式DC测速发电机在实际运行时，环境温度的变化和电机本身的发热(由电机的各种损耗引起)都会引起电机中励磁绕组电阻的变化。当温度升高时，励磁绕组的电阻增加。此时，即使励磁电压不变，励磁电流也会减小，磁通也会减小，导致电枢绕组的感应电动势和输出电压减小。铜电阻的温度系数约为0.004/℃,即温度升高25℃，其电阻值增加10%。温度变化对电磁DC测速发电机输出特性的影响非常严重。

为了减少温度变化对输出特性的影响，通常可以采取以下措施:

(1)在设计电机时，磁路是饱和的，所以励磁电流的变化引起的磁通变化很小。

(2)在励磁回路中串联一个比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻，以稳定电流。附加电阻可由低温度系数的合金材料制成，如锰镍铜合金或镍铜合金，其电阻值随温度变化很小。虽然温度变化引起励磁绕组电阻的变化，但整个励磁回路的总电阻变化不大，磁通变化也不大。其缺点是激励电源电压也需要提高，激励功率也相应提高。