1、测速发电机 一、能力目标一、能力目标二、仪器与设备二、仪器与设备三项目要求三项目要求（一）测试测速发电机的曲线（一）测试测速发电机的曲线 1按图17-1接线。图中电动机采用他励接法，TG选用永磁式直流测速发电机，Rf1选用1800电阻，R1选用180电阻。RZ选用5400阻值，并把Rf1调至最小，R1调至最大，RZ调至最大，A表选用20mA档，开关Q断开。测速发电机 2先接通励磁电源，再接通电枢电源，电动机M运行后将R1调至最小，并调节转速达，减小电枢电源电压并调节R1 和Rf1逐渐使电动机减速。记录对应的转速和输出电压。3共测取89组数据，记录于表17-1中。4合上开关Q，重复上面步骤，记录
2、89组数据。测速发电机 测速发电机 四、测速发电机的构造及工作原理四、测速发电机的构造及工作原理 在自动控制系统中，测速发电机常作为检测元件、解算元件、角加速度信号元件等。例如：在速度控制系统中，测速发电机常作为速度敏感元件，从它输出电信号的变化来反映系统速度的微小变化，达到检测或通过反馈信号自动调节电动机的转速，以提高系统的跟随稳定性和精度。测速发电机还可代替测速计，直接测量运动机械的转速。但无论哪种原理的测速发电机，它们都具有一个共同的特点，那就是将它们自身运动部分的运动速度（直线运动或旋转运动）转换成电信号（电压幅值或者频率）输出。而且输出电信号和机械运动的速度成线性关系。测速发电机 根
3、据测速发电机的工作任务，对它的要求是：输出电压幅值与转速应为线性关系，以提高精确度；输出曲线的斜率要大，以满足灵敏度的要求；用作计算元件时应着重考虑线性误差要小。测速发电机按其工作原理可以分为直流测速发电机和交流测速发电机两大类。交流测速发电机又分同步和异步两种，直流测速发电机有永磁式和电磁式两种。测速发电机（一）直流测速发电机直流测速发电机按照其励磁磁场建立的方式，分为电磁式和永磁式两大类。按电枢结构不同，又可分为有槽式电枢、无槽式电枢、空心杯形电枢和印制绕组电枢等，常用的是有槽式电枢结构。直流测速发电机的原理和结构与一般小型直流发电机相同，所不同的是直流测速发电机通常不对外输出功率或者对外
4、输出很小的功率。发电机的电动势为 aeECn测速发电机 当磁通=常数时 式中 ，称为电动势系数。直流测速发电机空载时的输出电压与其输出电动势相等，即由上式可知，测速发电机的输出电压U与电机的转速成正比，即测速发电机输出电压反映了转速的大小。因此，直流测速发电机可以用来测速。图17-1中的虚线表示为理想状态下测速发电机输出特性曲线。aeEK neeKCaeUEK n测速发电机 若负载电阻为RL，则输出电压为 （17-1）即输出电压U与转速成正比。在理想状态下，忽略电枢反应的影响，并认为电枢回路的总电阻为常数时，输出特性为一通过原点的直线。aaaaaLUUEI RERRaeaaLL11ECUnCn
5、RRRR测速发电机 实际上，当提高转速n使输出电压较高或减小负载电阻RL，都将使电枢回路电流Ia增大，电枢反应产生的去磁作用使磁通减小，输出电压相应要降低，使输出特性变成向下弯曲的曲线如图17-1所示。为了减小电枢反应对输出特性的影响，根据直流测速发电机所给出的技术指标，在使用时，转速不能超过最大线性工作转速，所接负载电阻不得小于最小负载电阻，以保证系统所允许的线性误差。测速发电机 直流测速发电机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，Ra中包含电枢绕组的电阻RS，和电刷与换向器的接触电阻。由于电刷与换向器的接触电阻不是一个常数而电刷与换向器的接触电压降为一常数，式（17-1
6、）可改写为 （17-2）考虑电刷接触压降后直流测速发电机的输出特性如图17-2所示。ejcaaaLL211CnUEURRRR测速发电机 由图17-2可见，的存在，使直流测速发电机在转速较低时，输出特性上出现一段斜率显著下降的区域。此区域内，测速机输出电压很小，对转速的反应很不灵敏，所以此区域叫不灵敏区或叫“无信号区”。为了降低电刷的接触电压降，在直流测速发电机中，常采用接触压降较小的黄铜石墨电刷或银石墨电刷，这样可使不灵敏区大大缩小。测速发电机 测速发电机 直流测速发电机在工作时，由于环境温度的变化和电机自身发热都会影响测速发电机的输出特性。例如：当温度升高时，电机的励磁绕组电阻增大，如果励磁
7、电压不变，则励磁电流减小，磁通也相应减小，使输出电压降低。反之，当温度下降时，电压则升高。为了减小这种影响，常应用其磁化曲线的饱和部分，有时则在励磁回路中串入一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的康铜或锰钢附加电阻来稳流，还可采用在励磁回路中串联负温度系数的热敏电阻并联网络，如图17-3所示。测速发电机（二）交流测速发电机1 构造与原理交流测速发电机的转子结构型式有空心杯形和鼠笼式的。鼠笼转子测速发电机输出斜率大，但特性差、误差大、转子惯量大，一般只用在精度要求不高的系统中。非磁杯形转子测速发电机其杯形转子在转动过程中，内外定子间隙不发生变化，磁阻不变，因而气隙中磁通密度分布不受转子转动的影响，输出电
8、压波形比较好，没有齿谐波而引起的畸变，精度较高，转子的惯量也较小，有利于系统的动态品质，是目前应用最广泛的一种交流测速发电机。测速发电机 非磁性空心杯转子测速发电机的典型结构如图17-4所示，这种测速发电机具有两个定子铁心，一个称为外定子（位于转子的外侧），一个称为内定子（位于转子的内侧），转子是一个薄壁非磁性杯，通常用高电阻率的材料（如磷青铜）制成，位于内、外定子之间的气隙内。测速发电机的励磁绕组一般放在外定子上，输出绕组放置在内定子上（在机座号较小的电机中，通常将励磁绕组和输出绕组都布置在内定子上）。励磁绕组和输出绕组在空间是正交的（即两绕组轴线在空间互差90电角度）。测速发电机 测速发电
9、机 图17-5所示是交流测速发电机原理图，励磁绕组LL接到交流电源上，其电压为UL，且其幅值和频率均恒定不变。异步测速发电机的空心杯形转子可以看成是一个鼠笼条数目非常之多的鼠笼转子。当转子不动，即n=0时，若在励磁绕组中加上频率为f的励磁电压UL后，励磁电流在励磁绕组的轴线方向上产生了随时间按正弦规律变化的脉振磁通。当转子静止不动时，异步测速发电机类似于一台变压器。励磁绕组相当于变压器的一次侧绕组，转子导体相当于变压器的二次侧绕组。由于磁通的方向与输出绕组L0的轴线垂直，不会在输出绕组中产生感应电动势，当转子不动时，输出绕组的输出电压U0等于零。当转子旋转时，转子导体因切割磁通而产生感应电流，
10、转子电流又产生磁通，此磁通在空间上是固定的，与输出绕组轴线相重合。在时间上是按正弦规律变化的，因此在输出绕组中感应出频率相同的输出电压U0。测速发电机 2工作特性 交流测速发电机的工作特性即输出特性，包括输出幅值特性和输出相位特性。控制系统不仅要求交流测速发电机输出电压的大小与转速成正比，而且希望输出电压与励磁电压的相位相同。在一定的励磁电压下，交流测速发电机输出电压的幅值或有效值与转速的关系称为输出幅值特性，即。输出电压与励磁电压的相位差（输出相位）与转速的关系称为输出相位特性。在理想情况下，输出幅值特性是一条通过原点的直线，输出相位特性是一条与横轴重合的直线，如图17-6所示。测速发电机
