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永磁式直流测速发电机的温度补偿

来源:北京永光高特微电机有限公司作者:李利网址:http://www.yggtwdj.cn浏览数:368

摘要:分析了温度对永磁式直流测速发电机性能的影响,给出了对其进行温度补偿的具体措施,并对补偿前后发

电机的性能作了比较。

1  永磁式测速发电机的功能和主要性能要求

  永磁式测速发电机是用于测量机械转动速度的直流电机。该电机能精确地把输入参数转动速度变换成直流电压,然后显示其值或将电压输入到控制设备中对速度进行控制调节。

   制造永磁式直流测速发电机,要求其转动惯量要小,要有稳定的刚度,良好的防护性能。最重要的是要求发电机转速——电压特性曲线在较大的转速变化范围内是线性的,而且速度变化必须在瞬间引起电压变化,即电枢电路时间常数要小,输出电压不能含高次谐波。

外界磁场、机械应力、大气压变化都会对输出电压产生影响,因此要求此类影响尽量要小。发电机反转或在各种工作周期中输出电压也会出现误差,必须将这些误差保持在允许范围内。由于使用环境的变化,温度会发生波动,而温度对输出电压的影响是无法避免的,必须采取相应的措施,把温度的影响降低到最小程度。

   

Ø温度对输出电压产生影响的原因          

永磁式直流发电机用永久磁铁作为激励磁场,温度变化时磁通量会发生变化,变化的大小与磁性材料的不同而有所差异,常用优质铝镍钴合金作永久磁铁。这种材料在温度变化时磁通量变化较小,发电机电动势E—KenΦ因而输出电压的变化也较小。经测试,温度每变化10°C,输出电压变化0.3%,  而铁氧体磁铁却变化3%。但对于极精密的控制设备,温度的影响还是不可忽视的,必须要考虑减小以至消除这种影响,所以要考虑永磁式直流发电机磁路的温度补偿。

3   温度补偿的措施

永磁式直流发电机温度补偿可从磁路结构考虑,增添一个用软磁材料制作的磁分路。添置磁分路能在0~60°C范围内作温度补偿。假设磁通量为0.006 5~0.01T,用磁分路短路漏磁部分,并从一开始就降低输出电压。这种软磁材料具有负的温度系数,即温度增加、磁路变热时,磁通量减少。同时磁分路磁阻增加,引起磁短路的漏磁通减弱,因此补偿了有效磁通量的减少。其温度补偿效果取决于构成磁路的材料、截面面积和磁路结构。

另外,还有一种温度补偿方法,即如图1所示。该方法适合于实验室对发电机温度影响的测试。

 图1 温度补偿测试电路

该方法是把2台电气参数相同的永磁式直流发电机A、B相互联接,并使其转速一样,A、B发电机输出电压反接,并在A发电机的电路中调节分压器,平衡时,电流计读数为零。

分压器采用精密可变电阻,若测试前A、B电压在达到稳定温度后实现平衡,A发电机因分压器电流引起的电压变化,由于其高内阻而忽略不计,B发电机升温时,分压器和A发电机所处的环境温度保持不变。升温后的B发电机的输出电压变化值为:

式中  △U——升温的B发电机的电压变化。

      Uoe——测试开始时B发电机的空载电压

      R1——分压器的固定电阻

      R2——测试开始时可变电阻值

      △R——测试过程中可变电阻的变化值

   所有电压单位为V,电阻单位为Ω。

4温度补偿的效果

   在实验室测试时,温度每升高10°C,电压波动可控制到0.05%,比0.3%要小得多。实际应用到现场,温度每升高10°C,电压波动0.1%,磁路在整个温度变化范围内处于最佳补偿状态。

 图2 温度升降时输出电压的特性曲线

其中曲线1为无补偿磁路的特性曲线,曲线2为有补偿磁路的特性曲线。

如测速发电机的负载电流已知,则在电枢阻杭增加时上升的电枢电压能得到补偿。对铜绕组在升温时电枢电压变化可以下式求得:△U—0.39IRk△δ×10。

式中  △U——升温后发电机电枢电压的变化值,V

        I——电枢电流,A

       RK——常温时电枢电阻,Ω

      △δ——温度变化值,C

如随电阻增加而引起电枢电压降的变化和磁路引起的电压变化一起补偿,而负载电流保持恒定时,则在试验范围内输出电压能保持定值。而负载电流变化时,则可能产生过补偿或欠补偿,这种补偿方式不能保持输出电压为定值,但能减少其偏差值,降低温度对发电机输出电压的影响。

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