测速发电机

8.2.4　测速发电机

测速发电机把机械转速变为电压，输出的电压与转速成严格的线性关系，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件、解算元件、角加速度信号元件等。

测速发电机有直流和交流两大类。

1．直流测速发电机

直流测速发电机分为永磁式和电磁式两种。电磁式直流测速发电机，即微型他励直流发电机；永磁式直流测速发电机，即磁极为永久磁铁的微型直流发电机。

直流测速发电机的结构及工作原理都与一般直流发电机相同。其工作原理如图8-22所示。

图8-22　直流测速发电机工作原理

设每极磁通恒定，当发电机的电枢以转速n转动时，其电动势为：

E_a=C_eφn

若负载电阻为R，电枢电阻为R _a，则输出电压为：

可见，输出电压U与转速n成正比。

以上得出的是在理想条件下的结论，实际上，直流测速发电机在运行时，存在一些引起误差的因素。

当转速较高时U较大，I _a也较大，电枢反应产生去磁作用使磁通减小，输出电压U相应减小。为了减小电枢反应的影响，使用直流测速发电机时，转速范围不能太大，负载电阻不能太小，可在定子磁极上安装补偿绕组。

励磁绕组电阻并不完全是恒定的，如果通电发热使其阻值发生变化，这将引起励磁电流及磁通的变化，从而造成线性误差。串入温度系数较低、阻值较大的附加电阻，可以减小由于温度对励磁回路电阻的影响。

电枢回路中电刷与换向器的接触电阻随负载电流变化而变化，同样也会造成线性误差。采用较大的负载电阻，并选用适当的电刷，可以减小由电刷与换向器间接触电阻变化带来的影响。

2．交流测速发电机

自动控制系统中应用最广泛的是空心杯转子异步测速发电机，其结构和杯形转子伺服电动机相似。空心杯转子异步测速发电机定子上有两相互相垂直的分布绕组，其中一相作为励磁绕组，接稳频稳压的单相交流电源；另一相为输出绕组，其两端的电压即为测速发电机的输出电压。转子是空心杯，通常用高电阻率的硅锰青铜或铝锌青铜制成，属于非磁性材料。杯形转子与被测速轴同转速。

交流测速发电机的工作原理是如图8-23所示。工作时，励磁绕组接单相交流电源，形成沿励磁绕组轴线d的脉振磁通。如果转子不转，交变的磁通在杯形转子上感应出电动势，这种感应电动势称为变压器电动势。由于转子结构对称，因此由变压器电动势引起的转子磁通势方向始终在励磁绕组轴线上，并且大小与转子位置无关。励磁绕组磁通势与转子上变压器电动势引起的转子磁通势之合成磁通势产生了励磁磁通。励磁绕组磁通势与合成磁通势在数值上只相差一个常数。

图8-23　交流测速发电机原理

当杯形转子以转速n逆时针旋转时，转子切割磁通产生运动电动势，这一部分电势称为切割电动势E _r，E _r的方向可由右手定则确定，如图所示。切割电动势产生感应电流，感应电流又产生磁通（方向如图），而该磁通链过输出绕组，并且与输出绕组轴线q同方向，从而产生感应电动势，该感应电动势与电机转速n成正比。

实际上，测速发电机的定子绕组和转子杯的参数受温度变化以及工艺等方面的影响，会造成输出电压与转速线性关系变差、输出电压与励磁电压不同相、转速为零时输出电压不为零（即存在剩余电压）等。