測速發(fā)電機介紹

測速發(fā)電機輸出的信號(電壓值或頻率)與轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系， 某些測速發(fā)電機的輸出信號還能反映轉(zhuǎn)向。測速發(fā)電機廣泛用于各種速度或位置控制系統(tǒng)，在自動控制系統(tǒng)中作為檢測速度的元件，以調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速或通過反饋來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度; 在解算裝置中可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號用， 或用來測量各種運動機械在擺動或轉(zhuǎn)動以及直線運動時的速度。

測速發(fā)電機廣泛用于各種速度或位置控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中作為檢測速度的元件，以調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速或通過反饋來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度；在解算裝置中可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號用或用來測量各種運動機械在擺動或轉(zhuǎn)動以及直線運動時的速度。測速發(fā)電機分為直流和交流兩種。

直流測速發(fā)電機有永磁式和電磁式兩種。其結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機相近。永磁式采用高性能永久磁鋼勵磁，受溫度變化的影響較小,輸出變化小，斜率高,線性誤差小。這種電機在80年代因新型永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展較快。電磁式采用他勵式，不僅復雜且因勵磁受電源、環(huán)境等因素的影響，輸出電壓變化較大，用得不多。

用永磁材料制成的直流測速發(fā)電機還分有限轉(zhuǎn)角測速發(fā)電機和直線測速發(fā)電機。它們分別用于測量旋轉(zhuǎn)或直線運動速度，其性能要求與直流測速發(fā)電機相近，但結(jié)構(gòu)有些差別。

測速發(fā)電機結(jié)構(gòu)

直流測速發(fā)電機 采用直流電機結(jié)構(gòu)的測速發(fā)電機，其輸出直流電壓的大小正比于轉(zhuǎn)速，極性與轉(zhuǎn)向有關(guān)。直流測速發(fā)電機按勵磁方式可分為電磁式和永磁式。按電樞結(jié)構(gòu)不同可分為有槽電樞、無槽電樞、空心電樞和圓盤式印制繞組電樞。電磁式采用他勵式，不僅復雜而且輸出電壓變化較大，用得不多。永磁式的定子用高性能永久磁鋼構(gòu)成，輸出電壓變化小，受溫度變化的影響小，線性誤差小，輸出斜率(在規(guī)定條件下，單位轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的輸出電壓)高。永磁式測速發(fā)電機在20世紀80年代因新型永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展較快。永磁式有槽電樞的直流測速發(fā)電機應用較多。永磁式低速直流測速發(fā)電機的工作轉(zhuǎn)速可低達每分鐘十轉(zhuǎn)或數(shù)百轉(zhuǎn)以下，或有較高的輸出斜率。無刷直流測速發(fā)電機是沒有電刷和換向器結(jié)構(gòu)， 由電機和電子電路結(jié)合的測速發(fā)電機。

測速發(fā)電機原理

直流測速發(fā)電機的工作原理與直流發(fā)電機相同。在恒定磁場下，旋轉(zhuǎn)的電樞導體切割磁通，就會在電刷間產(chǎn)生感應電動勢?？蛰d時，電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。負載時，由于負載電阻、電樞電阻和電刷接觸電阻引起的電壓降，溫度變化、磁極和電樞的磁滯及渦流的影響，電樞反應、齒槽效應以及換向過程對感應電動勢瞬時值的影響等，使電機輸出特性[輸出電壓U與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系， 即U=f(n)]的線性度變差；電刷與換向器的接觸壓降導致產(chǎn)生不靈敏區(qū)。

測速發(fā)電機特點

直流測速發(fā)電機的主要優(yōu)點是：輸出為零時，無剩余電壓;輸出斜率大，負載電阻較小;溫度補償較容易。主要缺點是：由于有電刷和換向器，構(gòu)造和維護比較復雜，摩擦轉(zhuǎn)矩較大;輸出電壓有紋波;正反轉(zhuǎn)輸出電壓不對稱; 對無線電有干擾。

交流測速電機分異步與同步測速電機兩種。

測速發(fā)電機異步測速發(fā)電機

異步測速發(fā)電機輸出交流電壓頻率與勵磁頻率相同，其幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比的交流測速發(fā)電機。異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和普通兩相籠型感應電動機相同， 定子上互差90°的兩相繞組中， 一相為勵磁繞組，接在50 Hz或400 Hz的交流電源上，另一相輸出轉(zhuǎn)速信號。當轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時，定子勵磁繞組在轉(zhuǎn)子多相對稱繞組中只產(chǎn)生變壓器電動勢， 于是轉(zhuǎn)子磁通勢和定子磁通勢方向相反，起去磁作用，與這兩個磁通勢垂直的輸出繞組中不產(chǎn)生電動勢。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，籠型繞組中除產(chǎn)生變壓器電動勢外還將產(chǎn)生切割電動勢。由切割電動勢產(chǎn)生的磁通勢具有交軸的性質(zhì)， 它交鏈輸出繞組并在其中產(chǎn)生和轉(zhuǎn)速成正比的信號電壓。信號電壓的頻率和電源電壓的相同， 信號電壓對電源電壓的相位差隨旋轉(zhuǎn)方向改變， 所以很適于和交流伺服電動機配套使用?；\型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，輸出斜率大;但線性度差，相位誤差大，剩余電壓高。為了提高異步測速發(fā)電機的精度，應用較廣的是杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機。這種電機的轉(zhuǎn)子是一個薄殼非磁性圓環(huán)， 由電阻率較高的硅錳青銅或錫鋅青銅制成，杯的內(nèi)外由內(nèi)定子和外定子構(gòu)成磁路，杯壁也不是鐵磁材料。為了減小氣隙，杯壁必須較薄，約為0.2～0.3 mm。

阻尼型測速發(fā)電機是具有較高的堵轉(zhuǎn)理論加速度值和較低的零速輸出電壓 (轉(zhuǎn)速等于零時輸出繞組兩端產(chǎn)生的電壓為零速輸出電壓，它是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù))的異步測速發(fā)電機。比率型測速發(fā)電機是速敏輸出電壓(輸出電壓中為速度函數(shù)的基波輸出電壓分量。它在數(shù)值上等于在相同轉(zhuǎn)速和試驗條件下， 按兩個旋轉(zhuǎn)方向所測得的基波輸出電壓之和的1/2) 對零速輸出之比較高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量較低，整個速度范圍內(nèi)輸出電壓線性度較高的異步測速發(fā)電機。積分型測速發(fā)電機是輸出電壓隨溫度變化偏差小、加熱時間短的異步測速發(fā)電機， 通常具有溫度控制和補償網(wǎng)絡。

異步測速發(fā)電機的勵磁繞組中如果通以直流， 直軸磁通就將不再脈振而變成恒定磁通。當轉(zhuǎn)速恒定時，由切割電動勢產(chǎn)生的交軸磁通亦將恒定不變， 所以輸出繞組中不產(chǎn)生電動勢。當轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，交軸磁通的大小將隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化， 它交鏈輸出繞組并在其中產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子加速度成正比的電動勢， 所以向異步測速發(fā)電機的勵磁繞組中送入直流， 就成為一個加速度檢測器。

測速發(fā)電機同步測速發(fā)電機

同步測速發(fā)電機 采用同步電機結(jié)構(gòu)， 輸出交流電壓的幅值和頻率均與轉(zhuǎn)速成正比的測速發(fā)電機。同步測速發(fā)電機又分為永磁式、感應子式和脈沖式。永磁式不需要勵磁電源，轉(zhuǎn)子為永磁勵磁，具有結(jié)構(gòu)簡單易于維修的優(yōu)點，但極數(shù)比較少，用二極管整流后紋波比較大，濾波比較困難。感應子式按定、轉(zhuǎn)子之間可變磁阻效應產(chǎn)生感應電動勢原理工作，極數(shù)比較多，整流后紋波比較小且便于濾波，但結(jié)構(gòu)復雜維修困難。以上兩種測速發(fā)電機既可用輸出電壓的幅值去反映轉(zhuǎn)速，也可用輸出電壓的頻率去代表轉(zhuǎn)速。前者是模擬量，需要整流和濾波;后者是數(shù)字量，可以直接輸入微處理機。如果將幅值和頻率合起來使用，就有可能實現(xiàn)高靈敏度的轉(zhuǎn)速檢測，但不能判別旋轉(zhuǎn)方向，這一點不如直流測速發(fā)電機。脈沖式以脈沖頻率作為輸出信號，可以直接輸入微處理機， 是測速碼盤中每轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖數(shù)較少的一種。由于其結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，可以判別旋轉(zhuǎn)方向，20世紀90年代后期隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展被廣泛應用。

脈沖測速發(fā)電機，測速發(fā)電機的一種。定子和轉(zhuǎn)子都有齒槽,通常采用定子電勵磁或轉(zhuǎn)子永磁勵磁,輸出繞組安放在定子上。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,由于定、轉(zhuǎn)子齒之間幾何位置的周期性變化,引起氣隙磁導和匝鏈輸出繞組的磁通發(fā)生周期性變化,輸出繞組產(chǎn)生感應電勢,頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子齒數(shù)成正比,從而利用鑒頻實現(xiàn)測速。適用于高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)和低速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

這種電機在80年代因新型永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展較快。用永磁材料制成的直流測速發(fā)電機還分有限轉(zhuǎn)角測速發(fā)電機和直線測速發(fā)電機。它們分別用于測量旋轉(zhuǎn)或直線運動速度，其性能要求與直流測速發(fā)電機相近，但結(jié)構(gòu)有些差別。

交流異步測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機?？招谋D(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機定子上有兩個在空間上相互差90°電角度的繞組，一為勵磁繞組，另一為輸出繞組。

轉(zhuǎn)子靜止：

勵磁繞組產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子繞組上感應電勢，產(chǎn)生電流。轉(zhuǎn)子磁勢不與輸出繞組交鏈，所以，輸出繞組不感應電勢，即：輸出電壓為零，U=0。

空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機原理圖

交流異步測速發(fā)電機的誤差主要有：

非線性誤差：由于直軸磁通?d變化使測速發(fā)電機 產(chǎn)生非線性誤差；

剩余電壓：實際運行中，轉(zhuǎn)子靜止時，測速發(fā)電機輸出一個較小的電壓；

相位誤差：由于勵磁繞組的漏抗、空心杯轉(zhuǎn)子的漏抗使輸出電壓與勵磁電壓的相位不同。交流同步測速發(fā)電機分為：永磁式、感應式和脈沖式。