直流測速發電機
1. 工作原理：直流發電機的工作是基於電磁感應定律， 即： 運動導體切割磁力線， 在導體中產生切割電勢； 或者說匝鏈線圈的磁通發生變化， **圈中發生感應電勢。
2. 結構：各種型號直流電機的基本結構都是一樣的， 這裡簡述小型直流電機結構的主要部分。
直流電機總體結構可以分成兩大部分： 靜止部分(稱為定子)和旋轉部分(稱為轉子)。 定子和轉子之間存在間隙(稱為空氣隙)。
定子由定子鐵心、 勵磁繞組、 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的。
3. 換向器：換向器是由許多換向片(銅片)疊裝而成的。
換向片之間用塑料或雲母絕緣， 各換向片和元件相連。 常用的換向器有金屬套筒式換向器與塑料換向器。在直流電機中， 電刷和換向器的作用是將電樞繞組中的交變電勢轉換成電刷間的直流電勢。
4. 電樞反應：對稱負載時，電樞磁動勢對主極磁場基波產生的影響，這種現象稱為電樞反應。
當電樞繞組中沒有電流通過時，由磁極所形成的磁場稱為主磁場，近似按正弦規律分布。當電樞繞組中有電流通過時，繞組本身產生乙個磁場，稱為電樞磁場。電樞磁場對主磁場的作用將使主磁場發生畸變,產生電樞反應;
5. 誤差及減小方法：溫度影響可在勵磁迴路中串聯負聯溫度係數的熱敏電阻併聯網路； 電樞反應影響在直流測速發電機的技術條件中給出最大線性工作轉速n和最小負載電阻值。
在使用時，r不得超過最大線性工作r，所接負載r不得小於最小負載r，以保證線性誤差在限定的範圍內； 延遲換向去磁對於小容量的測速級一般才去限制轉速的措施來削弱延遲換向去磁作用，即規定了最高工作轉速；紋波無槽電樞直流電機可以大大減少因齒槽效應而引起的輸出電壓紋波幅值；電刷接觸壓降常常採用接觸壓降較小的銀—石墨電刷。在高精度的直流測速發電機中還採用銅電刷，並在它與換向器的表層上鍍上銀層，使換向器不易磨損。
6. 應用： 作為系統的阻尼元件對旋轉機械作恆速控制
直流伺服電動機
1.工作原理：直流電動機的基本結構和直流測速發電機相同， 所不同的是電動機的輸入為電壓訊號， 輸出為轉速訊號。
下面分析直流電動機的工作原理為簡明起見， 仍採用具有 4 個槽的兩極電機模型, 如圖2-3。 在a、 b兩電刷間加直流電壓時， 電流便從b刷流入， a刷流出。 n極下導體中的電流流出紙面， 用⊙表示； s極下導體中的電流流入紙面， 用表示， 見圖 3 - 1。
根據電磁學基本知識可知， 載流導體在磁場中要受到電磁力的作用。 如果導體在磁場中的長度為l, 其中流過的電流為i， 導體所在處的磁通密度為b， 那末導體受到的電磁力的值為f=bli (3 - 1) 式中， f的單位為牛頓(n)； b的單位為韋伯/公尺2(wb/m2); l的單位為公尺(m); i的單位為安培(a)； 力f的方向用左手定則來確定。
據此， 作出圖 3 - 1 中n、 s極下各根導體所受電磁力的方向， 如圖中箭頭所示。 電磁力對轉軸形成順時針方向的轉矩， 驅動轉子而使其旋轉。 由於每個磁極下元件中電流方向不變， 故此轉矩方向恆定， 稱為直流電動機的電磁轉矩。
如果電機軸上帶有負載， 它便輸出機械能， 可見直流電動機是一種將電能轉換成機械能的電氣裝置。
我們用同乙個模型， 既分析了直流發電機的工作原理， 又分析了直流電動機的工作原理。
可見直流電機是可逆的， 它根據不同的外界條件而處於不同的執行狀態。 當外力作用使其旋轉， 輸入機械能時， 電機處於發電機狀態， 輸出電能； 當在電刷兩端施加電壓輸入電能時， 電機處於電動機狀態， 帶動負載旋轉輸出機械能。 事實上， 發電機、 電動機中所發生的物理現象在本質上是一致的。
下面的分析將進一步證明這一點。
2.電磁轉矩和轉矩平衡方程式：
直流電動機所產生的電磁轉矩作為驅動轉矩使電動機旋轉. 當電動機帶著負載勻速旋轉時， 其輸出轉矩必定與負載轉矩相等， 但電動機的輸出轉矩是否就是電磁轉矩呢? 不是的。
因為電機本身的機械摩擦(例如軸承的摩擦、 電刷和換向器的摩擦等)和電樞鐵心中的渦流、 磁滯損耗都要引起阻轉矩， 此阻轉矩用t0表示。 這樣， 電動機的輸出轉矩t2便等於電磁轉矩t減去電機本身的阻轉矩t0。 所以， 當電機克服負載阻轉矩tl勻速旋轉時， 則 t2=t-t0=tl (3 - 5) 式(3 - 5)表明， 當電機穩態執行時， 其輸出轉矩的大小由負載阻轉矩決定。
或者說， 當輸出轉矩等於負載阻轉矩時， 電機達到勻速旋轉的穩定狀態。 式(3 - 5)稱為電動機的穩態轉矩平衡方程式。 把電機本身的阻轉矩和負載的阻轉矩合在一起叫做總阻轉矩ts， 即ts=t0+tl 則轉矩平衡方程式可寫成t=ts (3 - 6) 它表示在穩態執行時， 電動機的電磁轉矩和電動機軸上的總阻轉矩相互平衡。
實際上， 電動機經常執行在轉速變化的情況下， 例如啟動、 停轉或反轉等， 因此必須討論轉速改變時的轉矩平衡關係。 當電機的轉速改變時， 由於電機及負載具有轉動慣量， 將產生慣性轉矩tj, 其中, j是負載和電動機轉動部分的轉動慣量; ω是電動機的角速度； 是電動機的角加速度。 這時， 電動機軸上的轉矩平衡方程式為
3.機械特性
4.直流力矩電動機：直流力矩電動機就是為滿足類似上述這種低轉速、 大轉矩負載的需要而設計製造的電動機；調速方法： 調壓調磁調電阻
5.各種轉矩定義要知道，計算題把課後習題做了就行了。
自整角機
1. 原理： (1) zkf的轉子繞組產生的勵磁磁場是乙個脈振磁場, 它在傳送機定子繞組中感應變壓器電勢。
定子各相電勢時間上同相位, 其有效值與定、 轉子間的相對位置有關。(2) zkf定子合成磁場的軸線與轉子勵磁磁場的軸線重合, 但方向恰好相反。 (3) zkf和zkb的定子三相繞組對應聯接, 兩機定子繞組的相電流大小相等、 方向相反,因而兩機定子合成磁場相對自己定子繞組位置的方向也應相反。
(4) zkb的輸出電勢的有效值e2=e2maxsinγ, 其中γ叫失調角。 失調角γ=90°-δ,γ角是實際zkb轉子繞組軸線(從z2′到z1′方向)偏移(超前)協調位置( x 方向)的角度(取正號)(圖 5 - 20 所示)。 協調位置為輸出電勢等於零的位置。
在失調角比較小時, u 2=u 2maxγ, 這裡γ的單位取弧度(rad)。
2. 力矩式自整角機
力矩式自整角機的工作原理： zlf-zlj的工作原理如圖 5 - 26 所示。 圖中這一對力矩式自整角機的結構引數、 尺寸等完全一樣。
我們假定圖 5 - 26中zlf的轉子勵磁繞組軸線位置, 是當兩機加勵磁後, 由原來與zlj轉子軸線相同的位置人為地逆時針方向旋轉δ角的位置, 當忽略磁路飽和時, 我們可分別討論zlf和zlj單獨勵磁的作用, 然後進行迭加。 (1) 只有zlf勵磁繞組接通電源,將接收機zlj勵磁繞組開路。 此時所發生的情況與控制式執行類似, 即傳送機轉子勵磁磁通在傳送機定子繞組中感應電勢, 因而在兩機定子繞組迴路中引起電流, 三相電流在傳送機的氣隙中產生與傳送機方向相反的合成磁密, 而在接收機氣隙中形成與傳送機的對應方向相反的合成磁密, 這裡仍用來表示, 如圖 5 - 26所示。
(2) 只將zlj單獨加勵磁, 傳送機勵磁繞組開路。 同理, 此時接收機中的情況與上述傳送機中的情況一樣, 反之傳送機中的情況又與上述接收機中的情況一樣。 亦即接收機定子三相電流產生的合成磁密與接收機的方向相反, 而傳送機定子合成磁密與接收機本身的合成磁密對應方向相反。
如圖 5 - 26中的zlf所示。(3) 力矩式自整角機實際執行時, 傳送機和接收機應同時勵磁, 則傳送機和接收機定子繞組同時產生磁密, 利用疊加原理可將它們合成。 為了分析方便, 把接收機中由zlf勵磁產生的磁密沿方向分解成兩個分量：
① 乙個分量和轉子繞組軸線一致, 其長度用bcosδ表示。 這樣在轉子繞組軸線方向上, 定子合成磁密向量的長度為=b′-bcosδ。 因為據前設定b=b′, 所以b ′d=b′-b cosδ=b(1-cosδ),的實際方向與接收機勵磁磁密相反, 即起去磁作用。
當然, 它不會使zlj的轉子旋轉。 ② 另乙個分量和轉子繞組軸線垂直, 其長度用b sinδ表示, 即bq=b sinδ。
5.5.2 的失調角和協調位置
力矩式自整角機的接收機zlj轉子在失調時能產生轉矩t來促使轉子和傳送機zlf轉子協調, 這個轉矩是由電磁作用產生的,我們稱之為整步轉矩。 由於磁密bq=b sinδ起了關鍵作用, 故整步轉矩與sinδ成正比, 即t=kb sinδ (5 - 15)因為δ=0°時, t=0, 所以當zlj的轉子受到的轉矩為零時, 我們稱自整角傳送機與接收機處於協調位置(用xtl相量表示); 當δ≠0°,t≠0時稱自整角傳送機與接收機失調。 δ角就稱為失調角。
圖 5 - 28 為整步轉矩與失調角的關係圖。當失調角很小時, 可以證明, 轉矩與產生它的磁場成正比, 再考慮到數學上sinδ≈δ(δ單位取rad), 則認為：t=kb sinδ=kbδ (5 - 16)類似於控制式自整角機的比電壓, 當失調角為1°(即0.
017 453 rad)時, 力矩式自整角機所具有的整步轉矩稱為比整步轉矩, 用tθ表示, 即tθ=kb sin1°=0.017 453 kb
旋轉變壓器
1. 原理：從電機原理來看, 旋轉變壓器又是一種能旋轉的變壓器。
這種變壓器的原、 副邊繞組分別裝在定、 轉子上。 原、 副邊繞組之間的電磁耦合程度由轉子的轉角決定, 故轉子繞組的輸出電壓大小及相位必然與轉子的轉角有關。 按旋轉變壓器的輸出電壓和轉子轉角間的函式關係, 旋轉變壓器可分為正余弦旋轉變壓器(代號為xz)、 線性旋轉變壓器(代號為xx)以及比例式旋轉變壓器(代號為xl)。
其中, 正余弦旋轉變壓器的輸出電壓與轉子轉角成正余弦函式關係; 線性旋轉變壓器的輸出電壓與轉子轉角在一定轉角範圍內成正比; 比例式旋轉變壓器在結構上增加了乙個鎖定轉子位置的裝置。這些旋轉變壓器的用途主要是用來進行座標變換、 三角函式計算和資料傳輸、 將旋轉角度轉換成訊號電壓, 等等。 根據資料傳輸在系統中的具體用途, 旋轉變壓器又可分為旋變傳送機(代號為xf)、 旋變差動傳送機(代號為xc)和旋變變壓器(代號為xb)。
其實, 這裡資料傳輸的旋轉變壓器在系統中的作用與相應的自整角機的作用是相同的。
控制電機作業
第2章直流測速發電機 1.為什麼直流發電機電樞繞組元件的電勢是交變電勢而電刷電勢是直流電勢?答 電樞連續旋轉，導體ab和cd輪流交替地切割n極和s極下的磁力線，因而ab和cd中的電勢及線圈電勢是交變的。由於通過換向器的作用，無論線圈轉到什麼位置，電刷通過換向片只與處於一定極性下的導體相連線，如電刷a...
《控制電機》試題
姓名班級學號 一 55 簡答題 1 為了保證線性誤差在限定的範圍內，直流測速發電機在執行的過程中其轉速和負載阻抗如何限定，為什麼？2 簡單描述直流測速發電機的輸出特性 引起直流測速發電機輸出非線性誤差的主要原因是什麼？3 直流伺服電動機在不帶負載時，其調節特性有無死區？調節特性死區大小與哪些因素有關...
控制電機種類
伺服電機 是在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機是可以連續旋轉的電 機械轉換器。作為液壓閥控制器的伺服電機，屬於功率很小的微特電機，以永磁式直流伺服電機和並激式直流伺服電機最為常用。伺服電機的種類與區別 伺服電機的作用 伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確。伺...