直流测速发电机

直流测速发电机就是微型直流发电机。其结构工作原理与直流发电机相同。只是有的测速发电机磁极做成永磁式，而且，随着永磁材料性能的提高和价格下降，永磁测速发电机的数量迅速增加。有多种测速发电机，如永磁式无槽电枢发电机、杯形电枢发电机、无刷直流测速发电机和霍尔测速发电机等，它们在减小转动惯量、电压纹波，提高抗干扰能力及线性度等方面有突出的优点。

直流测速发电机的接线如图9.2.1所示。

当测速发电机转子在磁通为Φ的磁场中以n旋转时，电枢绕组中的感应电势为

空载时输出电压Ua＝Ea。输出电压与转速成正比。当测速发电机接上负载RL时，输出电压为

式中，Ra为电枢回路总电阻。

由于负载电流为

式（9－2）变为

整理得

其中

从式（9－4）可见，当Φ、Ra、RL保持不变时，Ua与n呈线性关系。KL表示输出特性的斜率，称为测速发电机的灵敏度。

输出电压的极性随旋转方向而变。

负载电阻RL的大小将影响灵敏度。RL变大，灵敏度提高，空载时灵敏度最高。

直流测速发电机的静态输出特性如图9.2.2所示。

图9.2.1　直流测速发电机接线图

图9.2.2　直流测速发电机输出特性

以上是静态特性，现在讨论动态特性。直流测速发电机的动态方程为

将式（9－1）和式（9－3）代入式（9－6）得

整理后，并记

得

对式（9－10）两边取拉氏变换得

传递函数为

可见，考虑电枢电流变化和电感时，直流测速发电机是惯性环节。当远大于系统带宽时，可看成比例环节。

对误差进行分析。从式（9－4）可见，只有保持Φ、Ra、RL不变时，Ua才与n有严格的线性关系。实际上Φ、Ra、RL很难保持不变，因而，直流测速发电机存在一定的线性误差δ，

式中，ΔUmax表示在工作转速范围内，实际输出的电压与理想输出电压的最大差值；

Uamax表示最高转速对应的理想输出电压。一般的测速发电机，δ＝1%～2%；较精密的测速发电机δ＝0.25%～0.1%。

产生线性误差的因素很多，主要有如下3个因素。

（1）电枢反应的影响，和直流发电机一样，直流测速发电机中也存在电枢反应，使气隙磁密发生畸变。当负载电流增大，磁路出现饱和时，将产生去磁效应，使每极下的合成磁通减小。负载电流愈大，去磁愈厉害。磁通减小，将使输出电压减小，破坏线性关系。

（2）温度的影响，环境温度及电机本身温度的变化，使电枢电阻和励磁绕组电阻发生变化。例如铜导线，温度每增加25℃，其阻值将增加10%，电枢绕组Ra增加，将使Ua下降。励磁绕组电阻增加，励磁电流减少，磁通下降，造成输出电压Ua降低，从而形成线性误差。

（3）电刷与换向器接触电阻影响，电刷与换向器接触电阻是电枢回路总电阻的重要组成部分。接触电阻不仅与电刷与换向器接触面、压紧弹簧状况有关，还与转速、负载电流有关。因此，转速与负载电流变化使电枢电阻变化，造成线性误差。

人们采取各种方法抑制线性误差。如将磁路设计得比较饱和，即使励磁电流变化较大，磁通也不会有大的改变；有的在励磁回路中串入较大电阻或具有负温度系数的电阻，以减少励磁电阻的影响；有的采用永磁材料，而无须励磁电流；有的接入较大负载电阻或采用较低转速，以限制负载电流，避免产生较强的电枢反应。