直流测速发电机的工作原理

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1、第三章测速发电机§3-1概述测速发电机(tachogenerator)是一种检测机械转速的电磁装置。它能把机械转速变换成电压信号，其输出电压与输入的转速成正比关系，如图3-1所示。在自动控制系统和计算装置中通常作为测速元件、校正元件、解算元件和角加速度信号元件等。自动控制系统对测速发电机的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。具体为：（1）输出电压与转速保持良好的线性关系；（2）剩余电压（转速为零时的输出电压）要小；（3）输出电压的极性和相位能反映被测对象的转向；（4）温度变化对输出特性的影响小；（5）输出电压的斜率大，即转速变化所引起的输出电压的变化要大；（6）摩擦转矩和惯性要小

2、。此外，还要求它的体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通讯的干扰小、噪声小等。图3-1测速发电机输出电压与转速的关系在实际应用中，不同的自动控制系统对测速发电机的性能要求各有所侧重。例如作解算元件时，对线性误差、温度误差和剩余电压等都要求较高，一般允许在千分之几到万分之几的范围内，但对输出电压的斜率要求却不高；作较正元件时，对线性误差等精度指标的要求不高，而要求输出电压的斜率要大。测速发电机按输出信号的形式，可分为交流测速发电机和直流测速发电机两大类。交流测速发电机又有同步测速发电机和异步测速发电机两种。前者的输出电压虽然也与转速成正比，但输出电压的频率也随转速而变化，所以只作指

3、示元件用；后者是目前应用最多的一种，尤其是空心杯转子异步测速发电机性能较好。直流测速发电机有电磁式和永磁式两种。虽然它们存在机械换向问题，会产生火花和无线电干扰，但它的输出不受负载性质的影响，也不存在相角误差，所以在实际中的应用也较广泛。1此外，还有性能和可靠性更高的无刷测速发电机。§3-2直流测速发电机一、直流测速发电机的型式直流测速发电机实际上是一种微型直流发电机。按励磁方式可分为两种型式。１．电磁式表示符号如图3-2（a）所示。定子常为二极，励磁绕组由外部直流电源供电，通电时产生磁场。目前，我国生产的CD系列直流测速发电机为电磁式。2．永磁式表示符号如图3-2（b）所示。定子磁极是

4、由永久磁钢做成。由于没有励磁绕组，所以可省去励磁电源。具有结构简单，使用方便等特点，近年来发展较快。其缺点是永磁材料的价格较贵，受机械振动易发生程度不同的退磁。为防止永磁式直流测速发电机的特性变坏，必须选用矫顽力较高的永磁材料。目前，我国生产的CY系列直流测速发电机为永磁式。(a)(b)图3-2直流测速发电机(a)电磁式；(b)永磁式永磁式直流测速发电机按其应用场合不同，可分为普通速度型和低速型。前者的工作转速一般在每分钟几千转以上，最高可达每分钟一万转以上；而后者一般在每分钟几百转以下，最低可达每分钟一转以下。由于低速测速发电机能和低速力矩电动机直接耦合，省去了中间笨重的齿轮传动装置，

5、消除了由于齿轮间隙带来的误差，提高了系统的精度和刚度，因而在国防、科研和工业生产等各种精密自动化技术中得到了广泛应用。二、输出特性(outputcharacteristic)测速发电机输出电压和转速的关系，即U=f(n)称为输出特性。直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同。根据直流电机理论，在磁极磁通量Φ为常数时，电枢感应电动势为E=CΦn=Kn（3-1）aee空载时，电枢电流I=0，直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势相等，因而输出a电压与转速成正比。负载时，如图3-3所示。因为电枢电流I≠0，直流测速发电机的输出电压aU=E−IR−∆U（3-2）aaaab式中：∆U为电刷接

6、触压降；R为电枢回路电阻。ba在理想情况下，若不计电刷和换向器之间的接触电阻，即∆U=0，则b2U=E−IR（3-3）aaaa显然，带有负载后，由于电阻R上有电压降，测速发电机的输出电压比空载时小。负载时a电枢电流为UaI=（3-4）aRL式中：R为测速发电机的负载电阻。L将式（3-4）代入式（3-3），可得UaU=E−RaaaRL经化简后为EKaeU==n=Cn（3-5）aRRaa1+1+RRLLKe式中C=Ra1+RLC为测速发电机输出特性的斜率。当不考虑电枢反应，且认为Φ、R和R都能保持为常aL数，斜率C也是常数，输出特性便有线性关系。对于不同的负载电阻R，测速发电机输出特性L的斜

7、率也不同，它将随负载电阻的增大而增大，如图3-4中实线所示。图3-3直流测速发电机带负载图3-4直流测速发电机的输出特性三、直流测速发电机的误差及减小误差的方法实际上直流测速发电机的输出特性U=f(n)并不是严格的线性特性，而与线性特性之间存a在有误差。下面讨论产生误差的原因及减小误差的方法。1．电枢反应的影响当直流测速发电机带负载时，负载电流流经电枢，产生电枢反应的去磁作用，使电机气隙磁通减小。因此，在相同转速下，负载时电枢绕组的