1、第二章第二章 测速发电机测速发电机本章教学目标与要求u了解直流测速发电机电枢绕组的电动势及电压平衡方程式；u掌握直流测速发电机的输出特性；u掌握产生误差的原因及减小的方法u了解交流异步测速发电机的结构、原理；u掌握交流异步测速发电机的特性及主要技术指标。引言引言 测速发电机测速发电机(Tachogenerator) 是自控系统的常用元件,它可以把转速信号转转速信号转换成电压信号输出，输出电压与输入的转速成正换成电压信号输出，输出电压与输入的转速成正比关系比关系，用于测量旋转体的转速，亦可作为速度讯号的传送器。在自动控制系统和计算装置中一般作为测速元件、校正元件、解算元件和角加速测速元件、校正元
2、件、解算元件和角加速度信号元件度信号元件等。 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。 1、直流测速发电机、直流测速发电机 按励磁方式可分为 ： （1）电磁式直流测速发电机 （2）永磁式直流测速发电机（1）电磁式直流测速发电机 定子常为二极，励磁绕组由外部直流电源供电（他励），通电时产生磁场。表示符号如图所示。（2）永磁式直流测速发电机 定子磁极是由永久磁钢做成。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。表示符号如图所示。 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，
3、必须选用矫顽力较高的永磁材料。 2、交流测速发电机、交流测速发电机 交流测速发电机与直流测速发电机一样，是一种测量转速或传递转速信号的元件。 交流测速发电机包括同步和异步两种。（1）电机根据转子类型，异步测速发电机可分为： 空心杯转子异步测速发电机 笼式转子异步测速发电机 （2）同步测速发电机：以永久磁铁作为转子的交流发电机。输出电压和频率随转速同时变化，而且不能判别旋转方向,使用不便，在自动控制系统中用得很少,主要供转速的直接测量用。根据转子结构不同，异步测速发电机的两种类型 空心杯转子异步测速发电机：由内定子、外定子及在它们之间的气隙中转动的杯形转子所组成。励磁绕组、输出绕组嵌在定子上,彼
4、此在空间相差90电角度。杯形转子是由非磁性材料制成。其输出绕组中感应电动势大小正比输出绕组中感应电动势大小正比于杯形转子的转速于杯形转子的转速，输出频率和励磁电压频率相同，与转输出频率和励磁电压频率相同，与转速无关速无关。反转时输出电压相位也相反反转时输出电压相位也相反。杯形转子是传递信号的关键，其质量好坏对性能起很大作用。由于它的技术性能比其他类型交流测速发电机优越，结构不很复杂，同时噪声低，无干扰且体积小，是目前应用最为广泛的一种交流测速发电机。 笼式转子异步测速发电机：与交流伺服电动机相似，因输出的线性度较差，仅用于要求不高的场合。 对测速发电机工作性能的要求对测速发电机工作性能的要求
5、测速发电机多应用于自控系统中，一般要求测速发电机要有精确度高、灵敏度高、可靠性好等特点。具体为： .输出电压与转速的线性关系； .温度变化对输出特性的影响要小； .输出电压的斜率特性要好，即转速变化所引起的输出电压的变化要灵敏； .剩余电压（转速为零时的输出电压）要小； .输出电压的极性和相位能够反映被测对象的转向； .摩擦转矩和惯性要小。 在实际应用中，对测速发电机的要求因自控系统特点的不同有各有侧重。例如作为解算元件时，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
6、的斜率要大 。2.1直流测速发电机直流测速发电机2.1.1 直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的输出特性(output characteristic)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。根据直流电机理论，在磁极磁通量 为常数时，电枢感应电动势 j j2.1.1 直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的输出特性(output characteristic)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。根据直流电机理论，在磁极磁通量 为常数时，电枢感应电动势 j j2.1.1 直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的输出特性(output ch
7、aracteristic)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。根据直流电机直流电机理论，在磁极磁通量 为常数时，电枢感应电动势： （2-1） 空载时，由于电枢电流I a = 0 ，对应的直流测速发电机的输出电压U a和电枢感应电动势E a相等，因而输出电压与转速成正比。 KnnCEeajKnnCEUeaaj负载时，如图2.5 所示。因为电枢电流I a 0，对应直流测速发电机的输出电压 U a = E a I a R a U b （2-2）式中： U b为电刷接触压降； R a为电枢回路电阻。在理想情况下，不考虑其电刷和换向器之间的接触电阻，即U b = 0，则直流
8、测速发电机在负载时的输出电压为 U a = E a I a R a （2-3）此式称为直流发电机电压平衡方程式电压平衡方程式 。其中R a为电枢回路的总电阻，它表示电枢绕组的电阻，不包括电刷和换向器之间的接触电阻；I a为电枢总电流。在带有负载后，由于电阻R a上有电压降，测速发电机的输出电压比空载时要小小。 负载时电枢电流为 R L 为测速发电机的负载电阻。 代入式（23）得到化简为 用 LaaR U I aLaaaRRUEULaaaRREU1KnnCEeaj负载时电枢电流为 R L 为测速发电机的负载电阻。 代入式（23）得到化简为 用 代入得 C为测速发电机输出特性的斜率。KnnCEea
9、jCnnRRnRRULaLaa1K1e Cj可以看出，当不考虑电枢反应，且认为 、R a和R L都能保持为常数，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 L,对应的测速发电机输出特性的斜率也不同，并且它随负载电阻的增大而增大，如图2.6 中实线所示。实际当中的直流测速发电机的输出特性U a =f (n) 并不是严格的线性特性，而与线性特性之间存在有误差，如图2-6中的虚线所示。下面我们分析下直流测速发电机误差的产生原因及减小误差的方法。j图2.5 直流测速发电机带负载输出特性原理图图2.6 直流测速发电机的输出特性图2.6 直流测速发电机的输出特性2.1直流测速发电机直流
10、测速发电机2.1.2直流测速发电机的误差及其减小的方法直流测速发电机的误差及其减小的方法造成直流测速发电机产生非线性误差的原因较多且比较复杂,根据产生误差原因的不同从以下几个方面介绍:1. 温度对误差的影响;2. 电枢反应的影响;3. 延迟换向去磁作用的误差影响;4. 纹波影响;5. 电刷接触压降影响;1. 温度影响温度影响保证输出特性U nf (n)为线性关系的条件之一是励磁磁通 为常数。实际上，电机周围环境温度的变化以及电机本身发热都会引起电机绕组电阻以及励磁磁通 的变化。随着温度，励磁绕组电阻，励磁电流，磁通也随之，输出电压就会被降低。反之，当温度时，输出电压便会升高。减小温度变化对输出
11、特性的影响，通常可采取下列措施：（1）设计电机时，让磁路比较饱和，使励磁电流的变化所引起磁通的变化较小（参考磁性材料的磁化曲线参考磁性材料的磁化曲线）。（2）在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附附加电阻加电阻来稳流。 jj附加电阻附加电阻可以用温度系数较低的合金材料来制作，如锰镍铜合金或者镍铜合金。尽管温度的升高将引起励磁绕组电阻增大，但整个励磁回路的总电阻增加不多,起到稳定励磁电流的作用。如果对于温度变化所引起的误差要求比较严格，可在励磁回路中串联负温度系数的热敏电阻串联负温度系数的热敏电阻并联网络，如下图(a)所示。（a)励磁回路中的热敏电阻并联网络 (b)电阻随温度变化的曲线
12、励磁回路中的热敏电阻并联网络校正温度误差的方法:作出励磁绕组电阻随温度变化的曲线（图b中曲线1）。再作并联网络电阻随温度变化的曲线（图b中曲线2）；前者温度系数为正，后者温度系数为负。只要使得这两条曲线的斜率相等，励磁回路的总电阻就不会随温度而变化（图b中曲线3），因而励磁电流及励磁磁通也就不会随温度而变化。2. 电枢反应的影响电枢反应的影响(1)直流电机的电枢反应电机空载时，只有励磁绕组产生的主磁场主磁场。当电机带负载，电枢绕组中流过的电流也要产生磁场，称为电枢磁电枢磁场场。所以，负载运行时，电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成合成。 电机磁场及空间分布如图2.9所示： 由于电枢导体的电流方
13、向总是以电刷为其分界线，且电刷两侧导体中的电流大小相等大小相等，方向相反方向相反，所以电枢电流所产生的磁场在空间的分布情况不变，即电枢磁场在空间是固定不动的恒定磁场固定不动的恒定磁场。其磁力线的分布可以根据右手螺旋定则作出，如图2.9（b）。由于电刷位于几何中性线上，所以电枢磁场在电刷轴线两侧是对称的，电刷轴线就是电枢磁场的轴线。由图2.9（b）可以看出，电枢磁场也是一个两极磁场，主磁极轴线的左侧相当于该磁场的N极，右侧相当于S极。另外，在每个主磁极下面，电枢磁场的磁通在半个极下由电枢指向磁极，在另外半个极下则由磁极指向电枢，即半个极下电枢磁通和主磁通同向，另外半个极下电枢磁通和主磁通反向，因
14、此合成磁通的磁通密度在半个极合成磁通的磁通密度在半个极下是加强了，在另外半个极下是削弱了下是加强了，在另外半个极下是削弱了，如图2.9（c）所示。由于有电枢磁场的存在，当它与主磁场发生交链，使气隙中的磁场发生畸变，这种现象称为电枢反应电枢反应。图2.9 直流电机磁场 （a）定子励磁绕组产生主磁场 （b）电枢绕组产生电枢磁场 （c）合成磁场 （2）电枢反应的去磁效应对误差的影响如果电机的磁路不饱和（即磁路为线性），磁场的合成就可以应用叠加原理，合成磁通在左半极减小，在右半极增大，且削弱和加强互相抵消，整个极的磁通保持不变，仅仅磁场的分布发生了变化。 但在实际电机中，因为电机的极靴端部和电枢齿部空
15、载时就比较饱和，叠加原理并不完全适用。 N极右半极由于磁通变大，磁路将更加饱和，磁阻变大，磁场增加的少；N极左半极由于磁通变小，磁路饱和程度降低 ，磁阻变小，磁场减少的多； 造成了N极左半极磁通的减小值大于右半极磁通的增加值，因此N极总的磁通有所减小。同理，S极的情况也是如此。这样，电枢对主磁场有去磁作用去磁作用。 因此，即使电机励磁电流不变，其空载时的磁通 和有载时的合成磁通 是不相等的，且有 。对应的，在同一转速下，空载时的感应电势 和有载时的感应电势 也不相等,且有 。 负载电阻减小或转速越高，电枢电流就越大，电枢反应去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大（见
16、图2.6中虚线部分）。0jj0jj0aEaEaE0aE（3）减小电枢反应对输出特性影响的措施 为了减小电枢反应对输出特性的影响，应尽量使电机的气隙磁通保持不变。通常采取以下一些措施：（1）对电磁式直流测速发电机，在定子磁极上安装补偿绕组。有时为了调节补偿的程度，还接有分流电阻，如图所示。有补偿绕组的接线图 Wc：补偿绕组R： 分流电阻（2）在设计电机时，选择较小的线负荷（ ）和较大的空气隙。（3）在使用时，转速不应超过最大线性工作转速，所接负载电阻不应小于最小负载电阻，以保证线性误差在限定范围内。 aCCDiNA3. 延迟换向去磁延迟换向去磁（1）直流电动机绕组元件的换向电机旋转时，当电枢绕组
17、元件从一条支路流过电刷进入另一条支路，其中电流反向，由+ ia变为-ia的过渡过程。这个过程叫元件的换向过程元件的换向过程。如图2.11 正在进行换向的元件叫换向元件换向元件。换向元件从开始换向到换向结束所经历时间叫换向周期换向周期。 在理想换向情况下，当换向元件的两个有效边处于几何中性线位置时，其电流应该为零，但实际上在直流测速发电机中并非如此。虽然此时元件中切割主磁通主磁通产生的电势为零，但仍然有电势存在，使电流过零时刻延迟，这种情况称为延迟换向延迟换向。 （2）延迟换向对输出特性的影响元件本身有电感，因此在换向过程中当电流由+ia变为-ia的过程中，换向元件中要产生自感电势（因为电流变化
18、） 根据楞次定律 ，eL的方向应与换向前的电流方向相同，是阻碍换向的。 dtdiLeL图2.11 元件的换向过程图2.12 换向元件的电势 同时，换向元件在经过几何中性线位置时，由于切割电电枢磁场枢磁场又会产生切割电势ea，用右手定则可以确定所ea产生的电流的方向与换向前的电流方向相同，是阻碍换向的。换向元件中有总电势eK = eL + ea ，由于总电势eK的阻碍作用而使换向过程延迟。并且，总电势eK在换向元件中产生附加电流iK ，由iK产生磁通 K,其方向与主磁通方向相反，对主磁通有去磁作用。这样的去磁叫做延迟换向去磁延迟换向去磁。磁通方向如图2.12所示。如果不考虑磁通变化，则直流测速发
19、电机感应电势与转速成正比，负载电阻一定时，电枢电流及绕组元件电流也与转速成正比；换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；由 ， eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。jdtdiLeL基于上述分析， eL必正比转速的平方，即eL n2。同样可以证明ea n2 。因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，且转速越大，输出误差越大，使输出特性呈现图2.13的形状。 为了改善线性度，对于小容量的测速机一般采取限制转限制转速速的措施来削弱延迟换向去磁作用，这一点与限制电枢反应去磁作用的措施一致的，即规定了最高工作转速。图2.13 延迟换向对输出特性的影响4. 纹波影响纹
20、波影响根据 ,当 、n为定值时,电刷两端应输出不随时间变化的稳定的直流电势。然而，实际的电机并非如此，其输出电势总带有微弱的脉动，通常把这种脉动称为纹波。纹波主要是由于电机本身的固有结构及加工误差所引起的。由于电枢槽数及电枢元件数有限，在输出电势中将引起脉动。实用的测速机在结构和设计上都采取了一定的措施来减小纹波幅值。（1）增加每条支路中的串联元件数 （2）采用无槽电枢工艺nCEeajj5. 电刷接触压降电刷接触压降保证Ua=f(n)为线性关系的另一个条件是电枢回路总电阻Ra为恒值。实际上， 输出电压平衡方程式中还包含电刷与换向器的接触电阻，它不是一个常数。电刷接触电阻是非线性的。考虑电刷接触
21、压降，测速发电机的输出电压为 U a = E a I a R a U b 式中： U b为电刷接触压降； R a为电枢回路电阻。考虑到电刷接触压降的影响，直流测速发电机的输出特性，如图2.14所示。在转速较低时，输出特性上有一段输出电压极低的区域，这一区域叫不灵敏区，以符号n表示。即在此区域内，测速发电机虽然有输入信号（转速），但输出电压很小，对转速的反应很不灵敏。接触电阻越大，不灵敏区也越大。当同时考虑电枢反应和电刷接触压降的影响，直流测速发电机的输出特性应如图2.14中的虚线所示。 在负载电阻很小或转速很高时，输出电压与转速之间出现明显非线性关系。因此，在实际使用时，宜选用较大的负载电阻和
22、适当的转子转速 图2.14：考虑电刷接触压降后的输出特性 为了减小电刷接触压降的影响，缩小不灵敏区，在直流测速发电机中，常常采用导电性能较好的黄铜石墨电刷或含银金属电刷。 本节小结本节小结 如上所述,在理想条件下,输出特性应为一条直线。而实际的特性与直线有偏差。 （1 ）电枢反应和延迟换向的去磁效应使线性误差随着转速的增高或负载电阻的减小而增大。因此，在使用时必须注意电机转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不可小于给定值。（2）纹波电压、电刷和换向器接触压降的变化造成了输出特性的不稳定，因而降低了测速发电机的精度。（3）测速机的输出特性对于温度的变化是比较敏感的。凡是温度变化较大，或是对变温输
23、出误差要求严格的场合，还需对测速机进行温度补偿。 2.2交流异步测速发电机交流异步测速发电机 异步测速发电机按其结构可分为鼠笼转子和空心杯转子两种。鼠笼转子异步测速发电机的结构与交流异步电动机相同。其输出斜率大，但线性度差，相位误差大，剩余电压高，一般只用在精度要求不高的控制系统中。 空心杯转子异步测速发电机的精度较高，转子转动惯量也小，性能稳定。2.2交流异步测速发电机交流异步测速发电机2.2.1、空心杯转子异步测速发电机的结构和工作原理、空心杯转子异步测速发电机的结构和工作原理 1、结构空心杯转子异步测速发电机的转子是一个薄壁非磁性杯，杯壁厚约为0.20.3mm，通常由电阻率比较高的硅锰青
24、铜或锡锌青铜制成。定子上嵌有空间相差90电角度的两相绕组，其中一相绕组为励磁绕组W ；另一相绕组为输出绕组W2 。 为了减小由于磁路不对称和转子电气性能的不平衡所引起的不良影响，空心杯转子异步测速发电机通常采用四极电机。 当电机的励磁绕组加上频率为 的交流电压 ，则在励磁绕组中就会有电流 通过，并在内外定子间的气隙中产生脉振磁场 。脉振的频率与电源频率 相同，脉振磁场的轴线与励磁绕组W 的轴线一致。当转子静止（n = 0）时，转子杯导条与脉振磁通相匝链，并产生感应电动势。这时，励磁绕组与转子杯之间的电磁耦合情况和变压器一次侧和二次侧的情况完全一样。因此，脉振磁场在励磁绕组和转子杯中分别产生的的
25、电动势称为变压器电动势。 若忽略励磁绕组W 的电阻R1 及漏抗X1 ，则励磁绕组的电压平衡方程式， 有 Ef Uf 电源电压Uf：励磁绕组励磁绕组感应电动势Ef: fUfIdj2、工作原理 工作原理，如图所示。 (a) 转子静止时 且 故有 磁通 基本保持不变输出绕组的轴线与励磁绕组的轴线相差90电角度。因此，磁通 与输出绕组无匝链,不会在输出绕组中产生感应电动势，输出电压U2 为零。当转子以转速n 转动时，转子杯中除了上述变压器电动势外，转子杯导条切割磁通而产生切割电动势E r （如图b）交变的频率为磁通 的脉振频率。大小为 dfEjfdUjdjdjdjdrnCEj2转子杯为短路绕组，电动势
26、E r在转子杯中产生短路电流I r。转子杯中的电流I r也要产生脉振磁通 ,其脉振频率仍为，且 I r E rn 。转子杯中的电流I r产生的脉振磁通 在空间的方向总是与磁通 垂直，而与输出绕组W2 的轴线方向一致。（如图b) 将在输出绕组中感应出频率为的电动势 E2 ，从而产生测速发电机的输出电压 U2 ，它的大小正比于 ，即U2 E2 n因此，当测速发电机励磁绕组加上电压Uf ，电机以转速n 旋转时，测速发电机的输出绕组将产生输出电压U2 。它的频率和电源频率 相同，与转速n 的大小无关；输出电压的大小与转速n 成正比。 qjqjqjdjqjqjqj（b）转子转动时 2.2.2、异步测速发
27、电机的输出特性、异步测速发电机的输出特性在理想情况下，异步测速发电机的输出特性应是直线，但实际上异步测速发电机输出电压与转速之间并不是严格的线性关系，而是非线性的。 如图2.16 所示。 图2.16 异步测速发电机的输出特性 造成输出电压与转速成非线性关系，是因为异步测速发电机本身参数是随电机的转速而变化的；其次输出电压与励磁电压之间的相位差也将随转速而变化。此外，输出特性还与负载的大小、性质以及励磁电压的频率与温度变化等因素有关。 2.2.3 负载阻抗对异步测速发电机输出特性的影响负载阻抗对异步测速发电机输出特性的影响异步测速发电机输出绕组的电压平衡方程式为 ： 为负载阻抗， R2 和X2
28、分别为输出绕组的电阻和漏抗。 通过用相量图来观察 不变时，负载阻抗 对输出电压的影响。 )()(222222222jXRIZIjXRIUEL2ELZLZ1. Z L = R L 时，即测速发电机接有纯电阻负载时的情况 2. =常数3. 其相量图为：4. 5. 222222222)()(XIjRRIjXRIRIELL空载时 ，输出电压 , 与 的相位差为 。当负载时，有OC= = ，OC 的方向也是I2的方向。CB = I2 R2 ; BA = I2 X2 ；OA = E2 ； 常数； 常数。由于OBA 为直角三角形，并且为常数不变，所以负载变化时，B 点的轨迹应为以OA为直径的圆弧。又因角不随
29、RL 而变化为，角也为常数，所以输出电压 的端点C 的轨迹应为圆弧OCA。当负载电阻RL 减小时，B 点移至B点，C 点移至C 点，输出电压 由OC 减小至OC，输出电压与励磁电压之间的相位差 由增加至 。当RL = 0 时, 。 02I22EU 2UfU0j2ULLRIZI22221tanRX1802U2Ujj02U2、ZL=jXL 时，即测速发电机接纯电感负载时的情况 =常数其相量图为： )()(222222222LLXXIjRIjXRIXjIE有CB = I2 X2 ; BA = I2 R2；OC = U 2 ；OA = E2； 常数。同理可知，当负载感抗XL 改变时，输出电压 的端点C
30、的轨迹为圆弧OCA。当负载感抗XL 减小时，C 点移至C点，输出电压 以及它与励磁电压之间的相位差同时都要减小。当XL变得相当小时， 有可能超前 。当XL =0 时， =0。221tanXR2U2U2UfU2U3、ZL =-j/X c 时，即测速发电机接纯电容负载时的情况 =常数 其相量图为：)/1()(/222222222CCXXIjRIjXRIXjIE有CB = I2 X2 ; BA = I2 R2；OC = U2；OA = E2 ； 常数。同理可知，当负载容抗Xc 改变时，输出电压 的端点C 的轨迹为圆弧OCA。当负载容抗 时，输出电压 有最大值OC= U2m，即为轨迹圆的直径。因此，当
31、负载容抗Xc由减小至 时，输出电压 随之增大，相位角 也随之增大；当负载容抗由 再继续减小时，输出电压 则随之减小，相位角却 继续增大，最后甚至超过90。22222XXRXC221tanXR2U2U22222XXRXC2Uj2Uj22222XXRXC结论：结论：1、当异步测速发电机的转速一定，且负载阻抗足够大时，无论什么性质的负载，即使负载阻抗有变化也不会引起输出电压有明显改变。2、当 时电容负载和电阻负载对输出电压值的影响是相反的。所以，若测速发电机输出绕组接有电阻电容负载时，则负载阻抗的改变对输出电压值的影响可以互补，有可能使输出电压不受负载变化的影响，但却扩大了对相位移的影响。3、若输出
32、绕组接有电阻电感负载，则可获得相位移不受负载阻抗改变的影响，但却扩大了对输出电压值的影响。 在实际中到底选用什么性质的负载，即对输出电压的幅值还是其相位移进行互补，应由系统的要求来决定。一般希望输出电压值不受负载变化的影响，故常采用电阻电容负载。22222XXRXC2.2.4 异步测速发电机误差的产生原因及减小措施异步测速发电机误差的产生原因及减小措施1气隙磁通 的变化如图所示:dj当略去励磁绕组和转子漏阻抗的影响，气隙磁通能保持常数，输出电压与转速之间便有线性关系。但事实上，漏阻抗总是存在的。由于有漏磁，转子旋转切割磁通 后，在转子杯导条中产生的电流 ，所产生的磁通 在空间上就不与 相差90
33、电角度。但可以把它分解为 和 两个分量，其中 的方向与磁通 正好相反，起去磁去磁作用；同时，转子旋转还要切割磁通 ，又要在转子杯导条中产生切割电动势 和电流 ， 所产生的磁通 的方向也与磁通 正好相反，也起去磁去磁作用。 djrIrjdj2jdjdjdj2jrE2I2Idjdj并且，励磁电流 的变化也将引起励磁绕组漏阻抗压降的变化，使磁通 也随之发生变化，即随着转速的增大而减小。这样就破坏了输出电压与转速n 的线性关系，使输出特性在转速n 较大时，特性变得向下弯曲。显然，减小励磁绕组的漏阻抗或增大转子电阻，都可以减小气隙磁通的变化。常采用增大转子电阻的办法，来满足输出特性的线性要求。fIdj2
34、励磁电源的影响 异步测速发电机对励磁电源电压的幅值、频率和波形要求都比较高。电源电压幅值电压幅值不稳定，会直接引起输出电压的波动。随着频率频率的增加，在电感性负载时，输出电压稍有增长；而在电容性负载时，输出电压的增加比较明显；在电阻负载时，输出电压的变化是最小的。因为频率的增加使得电机中的漏阻抗增加，输出电压的相位更加滞后。对相角的影响更为严重。 3温度的影响 温度的变化，会使励磁绕组和空心杯转子的电阻以及磁性材料的磁性能发生变化，从而使输出特性发生改变。温度升高使输出电压降低，而相角增大电压降低，而相角增大。在实际使用时，可采用温度补偿措施。最简单的方法是在励磁回路、输出回路或同时在两个回路
35、串联负温度系数的热敏电阻来补偿负温度系数的热敏电阻来补偿温度变化的影响。 2.2.5、异步测速发电机的主要技术指标、异步测速发电机的主要技术指标技术指标主要有线性误差、相位误差和剩余电压。 1、 线性误差将实际输出电压与理想输出电压的最大差值Um 与最大理想输出电压U 2m 之比定义为线性误差 实际输出特性上对应于 的点与坐标原点的连线作为理想输出特性，其中， 为异步测速发电机的最大规定转速。 %1002mmUU23*mcnn *mn图2.22 输出特性线性度2. 相位误差自动控制系统希望测速发电机的输出电压与励磁电压同相位。但实际上测速发电机的输出电压与励磁电压之间总是存在相位移。且相位移的
36、大小还随着转速的不同而变化。在规定的转速范围内，输出电压与励磁电压之间的相位移的变化量称为相位误差相位误差，如图2.23所示。 3. 剩余电压(null voltage)理论上测速发电机的转速为零时，输出电压也为零。但实际上异步测速发电机转速为零时，输出电压并不为零。这种测速发电机在规定的交流电源励磁下，电机的转速为零时，输出绕组所产生的电压，称为剩余电压剩余电压（或零速电压）。如图2.25 所示。数值一般只有几十毫伏，但它的存在却使的输出特性曲线不再从坐标的原点开始 。它是引起异步测速发电机误差的主要部分。2.2.6 产生剩余电压的原因及减小措施产生剩余电压的原因及减小措施 变压器分量 基波
37、分量 旋转分量剩余电压 电容分量 高次谐波分量 1、基波分量 （1）变压器分量 如图2.26表示由于内定子加工成椭圆，使气隙不均匀，引起磁路不对称，励磁磁通发生扭斜 ，产生剩余电压 。图2.26 内定子椭圆引起的剩余电压（2）旋转分量 由于铁芯材料各向磁滞变化的情况不同，或者空心杯转子的材料和壁厚不均匀，都会导致去磁效应不同，使电机气隙圆周上各点磁密相位不一致，而形成一个椭圆形旋转磁场，在输出绕组轴线方向上存在磁通分量，使输出绕组产生感应电动势，产生剩余电压。 （3）电容分量 由于励磁绕组和输出绕组之间会存在寄生的分布电容。当励磁绕组加交流电压时，通过寄生的分布电容也会在输出绕组中产生电压，此
38、电压称之为剩余电压中的电容分量。2高次谐波分量（1）励磁电源电压波形为非正弦： 非正弦波的励磁电压中含有高次谐波分量，它可以通过电磁感应以及分布电容的直接传导等方式，在输出绕组中产生剩余电压的高次谐波分量。（2）电机磁路的饱和： 当电机工作在磁路的饱和状态时，即使励磁绕组外加正弦交流电压，励磁电流也是非正弦波形。使励磁绕组的漏阻抗压降为非正弦波，励磁磁通中产生高次谐波，从而使输出电压中产生剩余电压的高次谐波。3减小剩余电压的措施（1）改进电机的制造材料及工艺 选用较低磁密的铁芯，降低磁路的饱和度；采用可调铁芯结构或定子铁芯旋转叠装法；采用具有补偿绕组的结构等，都可减小剩余电压。（2）外接补偿装
39、置 在电机的外部采用适当的线路，产生一个校正电压来抵消电机所产生的剩余电压。 本章小结本章小结测速发电机是自动控制系统中的信号元件，它可以把转速信号转换成电气信号，主要是电压信号。直流测速发电机是一种微型直流发电机，按励磁方式分为电磁式和永磁式两大类。在理想情况下，输出特性为一条直线，而实际上输出特性与直线有误差。引起误差的主要原因是：电枢反应的去磁作用，电刷与换向器的接触压降，温度的影响等。因此，在使用时必须注意电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不小于给定值。在精度要求严格的场合，还需要对测速机进行温度补偿。异步测速发电机的励磁绕组产生的主磁通保持不变，转子不转时输出电压为零，转子旋转时切割励磁磁通产生感应电动势和电流建立横轴方向的磁通，在输出绕组中产生感应电动势，从而产生输出电压。输出电压的大小与转速成正比。 引起交流异步测速发电机误差的主要原因有：主磁通的大小和相位都随着转速而变化，负载阻抗的大小和性质，励磁电源的性能，温度以及剩余电压等。
