直流测速发电机问答（成都精密-张文海）

1直流测速发电机空载时无电枢反应,为什么电刷不在几何中性线上时,同一转速两个方向的输出电压会一高一低?

电刷不在几何中性线的直流发电机,在带负载时会产生直轴电枢反应。在一种转向下,直轴电枢反应会使磁场增小;在另一种转向下,会使磁场减小,从而引起两种转向的输出电压不等。虽然直流发电机空载时无电枢反应,但当电刷偏离几何中性线时,被电刷短路的绕组元件中的电势不等于零,短路电流则会产生等效直轴电枢反应,从而造成输出电压出现一个转向高一个转向低的现象。

2直流测速发电机的输出纹波电压,为什么在基波上会叠加很多高频波形?

直流测速发电机的纹波电压,理论上是每极下各个绕组元件中半波输出电压叠加而成的直流脉动分量。每个绕组元件输出电压波形形状,取决于磁场波形形状。如果磁场波形近似为正弦波,那么每个绕组元件半波输出电压叠加的纹波电压,应是有规则的低频脉动正弦半波电压。而实际上磁场波形还要受电枢齿槽磁阻不同的影响。因此,真正的磁场波形是在正弦半波上叠加了许多齿谐波(即高频波形),谐波次数等于每极下的齿槽数。这样,在直流测速发电机输出的纹波电压基波上,自然就会叠加上这种高频波形。

3直流测速发电机只输出测速信号,不输出能量,为什么却要规定最高工作转速?

直流测速发电机的一项重要指标是线性度。要保证线性度高,则发电机的主磁场必须稳定。但由于测速发电机自身的特点,换向元件换向时的自感电势和切割电势短路产生的附加电流都会使主磁场去磁,即延迟换向去磁。低速下这种去磁现象并不明显;但在高速下,去磁会使测速发电机的线性度变得很差。由于换向元件换向时的自感电势和切割电势都与转速的平方成正比,所以一般小容量的直流测速发电机都要规定最高工作转速,其目的就是为了限制延迟换向去磁,以保证输出电压的线性度。

4低速高灵敏永磁直流测速发电机的负载阻抗很高,输出电流很小,为什么还要采用全额电刷?

低速高灵敏永磁直流测速发电机和永磁直流力矩电动机一般多采用全额电刷即有多少对磁极就用多少对电刷。而理由各不一样。直流力矩电动机堵转电流大,电刷用得:多,电刷的电流密度就小,这对电刷和换向器的工作寿命都滁有利:同时电刷用得多电刷的轴向尺寸可变窄,换向器可缩短,能节约用铜,所以堵转电流大的直流力矩电动机一般都采用全额电刷。低速高灵敏永磁直流测速发电机,要求输出电压的纹波系数越小越好,输出不灵敏区也越小越好。而电刷接触的好坏会对这两项指标产生直接影响。电刷越多,接触越好,纹波系数越小;电刷越多,接触压降越小,不灵敏区也越小。由此原因,低速高灵敏永磁直流测速发电机一般也要采用全额电刷。

5低速高灵敏永磁直流测速发电机为什么能获得高灵敏度?

高灵敏的特点是转速低,输出斜率高,即单位转速的输出电压高。要使单位转速的输出电压高,设计特点是:(1)多极式。极对数多,每一对磁极相当于一台单独的直流发电机,然后采用单波绕组,把每一对极的输出电压串联起来(2)扁平状。扁平状可以加大电枢外径,提高导体切割磁场的线速度。(3)小线径、多匝数。绕组元件的线径细、匝数i多,单位转速的切割电势高。(4)每极多槽数。这样每极可放的元件数多,同时还可减小纹波系数。(5)采用银石墨电刷。接触压降小,不灵敏区小,灵敏度高。

6直流测速发电机的负载电阻为什么要大于电机内阻的100倍?

直流测速发电机是一种高内阻电机,电枢电阻一般上百欧到几十千欧。由于内阻大,负载电流故不能太大。因为负载电流越大,在内阻上引起的压降越大,电机输出的线性度则越差。为了保证足够的线性度,直流测速发电机的负载电阻,规定要大于内阻的100倍,这样它对输出线性度的影响不会大于1%。直流测速发电机的输出电压测试,规定要用高内阻的电压表测试,其目的也是不能使测试电流太大,否则会在电机高内阻上引起高的电压降,从而影响测试准确性。

7直流电机是可逆的。给直流测速发电机通直流电,它能变成电动机转动吗?

不能。直流测速发电机理论上是可逆的,但是由于直流测速发电机一般内阻很大,即使通最高输出电压,电机得到的起动电流也很小,由此产生的起动转矩很小,甚至无法克服电机自身磁阻产生的阻转矩。所以直流测速发电机通直流电,并不能象电动机那样自然转动,原因即在于此。

8直流发电机不允许输出短路,为什么直流测速发电机却可以输出短路?

直流发电机和直流测速发电机两者的特点完全不一样。直流发电机的特点是输出能量,故内阻小,这样输出更稳定;内部损耗也更小。但因内阻小,短路电流则很大,一旦发生短路,短路损耗瞬间就会将电机烧毁,所以直流发电机不允!许输出短路。而直流测速发电机的特点是输出信号,不输出能量,故内阻一般很大。这样可减小输出电流,提高输出线性度,同时也可减小伺服机构的驱动功率。因其内阻大,即使输出端直接短路,短路电流也不大,小的只有几毫安,大的也不过几百毫安,短路损耗在短时间内不足以将电机烧毁例如,一般低转速、高斜率的直流测速发电机的内阻,常在数千欧和数十千欧以上,短路电流常在几毫安左右,短路损耗低于10W,故这类测速发电机即使长时间短路,电机也可安然无恙。而一般高转速、低斜率的直流测速发电机,内阻般稍小于前者,短路电流可达数百毫安,短路损耗可达数十瓦。虽然允许短路,但时间不能太长,太长也会使电机烧毁。

9加大气隙,为什么能减小直流测速发电机的纹波系数?

直流测速发电机的纹波电压主要是电枢齿槽磁阻变化引起气隙磁场变化造成的,气隙磁场变化大,纹波电压随之增大,则纹波系数大;反之则纹波系数小。电路中增大电阻具有恒流作用。同电路相似,磁路中增大气隙即可增大磁阻，则具有恒磁作用，这样气隙磁场更稳定，齿槽磁阻变化相对影响减小。所以增大气隙能减小直流测速发电机的输出

10直流测速发电机的纹波系数与转速无关,为什么用稳速转台测纹波系数时,高低速下测值却不一样,低速大,高速小?

这是稳速转台自身固有缺陷造成的,不是电机问题。测试直流测速发电机的纹波系数,既要稳速转台的平均转速稳定,又要瞬时转速稳定,而且瞬时转速稳定更重要。然而般的稳速转台,其平均转速的稳定精度可以达到很高。瞬时转速的稳定精度,在每分钟几转的低速下却很糟糕,因瞬时转速要靠惯量稳速,而在低速下惯量较难发挥稳速作用,所以即使高稳定精度的稳速转台,每分几转下的瞬时转速稳定性都很差。这样,用稳速转台测直流测速发电机的纹波系数时,造成低速下纹波系数大、高速下纹波系数小的现象。当然,前者错误,后者真实。

11直流测速发电机每极下的元件数越多,纹波系数越小,虚槽可以成倍增加每极元件数,虚槽是否可以使直流测速发电机的纹波系数更小?

不会。直流测速发电机每极下元件数越多,纹波系数越小,它是指实槽元件数而不是虚槽元件数。实槽元件,每两个相邻元件之间,输出都有一定的相角差,对直流半波的平波作用很重要。每极下元件数越多,相邻元件输出相角差越小,平波作用越好,电机输出纹波系数越小。然而,同一槽中的两个虚槽元件之间输出并无相角差,只有同相幅值的叠加,当然也就无平波作用。所以直流测速发电机采用虚槽,不会使纹波系数更小。但从另一个角度看,虚槽能改善换向,使换向电感大大减小。当u=2时,换向电感可以减小到原来的1/4,因电感与匝数的平方成正比,而换向不好,也能影响测速发电机的纹波系数,所以从这一角度看,虚槽对减小纹波系数也有一定作用。

12电励磁直流测速发电机的励磁回路中为什么要串一只比绕组电阻大几倍的电阻?

这是一只稳流电阻。直流测速发电机运行中因发热,励磁绕组电阻会增大,励磁电流会减小,从而引起主磁通减小。测速机保持输出线性的关键是主磁通稳定。在励磁绕组中串一只比励磁绕组电阻大几倍稳流电阻后,对励磁电流不会造成影响,却具有恒流作用。励磁绕组恒流后,运行发热不会引起主磁通减小,从而不会使输出线性度变差。因此,稳流电阻又称为温度补偿电阻。