單極發(fā)電機(jī)

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 沒(méi)有換向紋波和齒諧波帶來(lái)的測(cè)量誤差， 也不會(huì)因?yàn)樾枰捎脼V波措施而增加了時(shí)間常數(shù)或?yàn)V掉了有用的波形，它的瞬態(tài)響應(yīng)好， 靈敏度高。因此， 單極測(cè)速發(fā)電機(jī)無(wú)論是穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)都具有優(yōu)良的品質(zhì)， 尤其在速度的動(dòng)態(tài)測(cè)量中， 它是一種理想的測(cè)速元件。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和微計(jì)算機(jī)的應(yīng)用， 研究單極測(cè)速發(fā)電機(jī)及其在轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用， 對(duì)研究動(dòng)態(tài)參數(shù)， 滿(mǎn)足現(xiàn)代快速驅(qū)動(dòng)的要求是一項(xiàng)有意義的工作。

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理為一個(gè)圓柱式或圓盤(pán)式電樞在極性不變的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，并在電樞中感應(yīng)電勢(shì)。 眾所周知， 此時(shí)所產(chǎn)生的電勢(shì)：

n——為工作轉(zhuǎn)速。

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性

1、空載

當(dāng)轉(zhuǎn)速為n（r/min）， 空載磁通為

式中

為空載輸出斜率。

在單極電機(jī)中，氣隙磁通

2、負(fù)載

從理論分析， 在負(fù)載狀態(tài)下， 存在著電樞反應(yīng)。在直流換向器電機(jī)中， 電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于電刷偏離幾何中性線(xiàn)的位置而在直流單極電機(jī)中， 電樞反應(yīng)的性質(zhì)則取決于集電裝置的結(jié)構(gòu)采用電刷集電的單極電機(jī)， 在電樞中將會(huì)出現(xiàn)不平衡電流， 它建立的縱軸電樞反應(yīng)， 在發(fā)電機(jī)狀態(tài)下起去磁作用， 而橫軸電樞反應(yīng)使主磁場(chǎng)畸變， 且引起向刷邊擠流。

電機(jī)的工作點(diǎn)通常處在磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性部分， 因而將引起總磁通減少和相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)降低。在低電壓、大電流的大功率單極電機(jī)中， 橫軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)要比換向器電機(jī)強(qiáng)烈得多， 而它的橫軸磁阻又是很小的， 因此， 電樞反應(yīng)磁場(chǎng)很大。曾在試驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)， 在大電流的情況下， 若不采取克服電樞反應(yīng)的有效措施， 輸出特性的線(xiàn)性度將是很差的。但是， 在微機(jī)測(cè)試中， 通過(guò)單極電機(jī)本身的測(cè)試電流極小， 而電樞的導(dǎo)體數(shù)為1， 因此， 電樞反應(yīng)磁勢(shì)與激磁磁勢(shì)相比則微不足道， 電機(jī)實(shí)際處于空載狀態(tài)。故這種電機(jī)在測(cè)試狀態(tài)下仍有良好的線(xiàn)性度。

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波系數(shù)

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)， 電樞無(wú)齒槽， 無(wú)換向器， 不象直流測(cè)速發(fā)電機(jī)那樣， 存在著電勢(shì)多邊形和齒諧波引起的電壓脈動(dòng)單極測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出無(wú)紋波的直流電壓信號(hào)。它不存在換向問(wèn)題以及由于換向火花而產(chǎn)生的無(wú)線(xiàn)電干擾。這對(duì)于轉(zhuǎn)速測(cè)量的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)測(cè)試精度以及排除微機(jī)測(cè)試中的干擾源無(wú)疑是一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)無(wú)信號(hào)區(qū)

無(wú)信號(hào)區(qū)的大小取決于無(wú)信號(hào)區(qū)的邊界轉(zhuǎn)速n_z， 由測(cè)速發(fā)電機(jī)原理可知：

即無(wú)信號(hào)區(qū)的范圍僅取決于電刷的接觸壓降

由圖可知， 由于微機(jī)測(cè)試的電流極小， 即電刷的電流密度極小， 電刷壓降是很小的。已經(jīng)證明， 只要合理的選擇電刷和電刷壓力， 即使空載輸出斜率為毫伏級(jí)， 在微機(jī)測(cè)試中， 無(wú)信號(hào)區(qū)域仍然是很小的。

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓不對(duì)稱(chēng)度

由于單極電機(jī)為一單根導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)， 正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行性能完全一樣，故輸出電壓對(duì)稱(chēng)性能好。

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)最大允許轉(zhuǎn)速

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)不象直流測(cè)速發(fā)電機(jī)受換向片間電壓的限制， 從而限制了最高轉(zhuǎn)速。單極測(cè)速發(fā)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速僅受軸承結(jié)構(gòu)限制， 故轉(zhuǎn)速可以很高。

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)

單極測(cè)速發(fā)電機(jī)導(dǎo)體數(shù)N=1， 電樞電感很小；由于發(fā)出的是無(wú)紋波的直流電壓信號(hào)， 不需要濾波電路。因此， 瞬態(tài)響應(yīng)好。

綜合上述， 單極測(cè)速發(fā)電機(jī)無(wú)論是穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)， 都具有優(yōu)良的品質(zhì)， 是一種理想的測(cè)速元件。