电机及电力拖动（第五版） 课件 第12章－测速发电机

第十二章测速发电机

12.1直流测速发电机

12.2交流异步测速发电机测速发电机是一种反映转速的信号元件，它将输入的机械转速变换成电压信号输出，这要求电机的输出电压与转速成正比关系。12.1直流测速发电机12.1.1工作原理直流测速发电机结构与普通小型直流发电机相同，按励磁方式可分为他励式和永磁式两种。其原理如图。在恒定磁场中，电枢以转速n旋转，电枢上的导体切割磁通φ0，在电刷间产生空载感应电动势E0。在空载时，即电枢电流Ia=0,其输出电压就是空载感应电动势，即U0=E0，因而输出电压与转速成正比。

以上三式整理得在理想情况下，Ra、Rz和φο均为常数，直流测速发电机的输出电压U与转速n仍成线性关系。对于不同的负载电阻，测速发电机的输出特性的斜率也有所不同，它随负载电阻的减小而降低，如图。直流测速发电机的输出特性12.1.2误差原因直流测速发电机输出电压U与转速n成线性关系的条件是φο、Ra、Rz保持不变，实际上，在运行时，有一些因素会引起这些量发生变化，这些因素是：①周围环境温度的变化，特别是励磁绕组长期通电热而引起的励磁绕组电阻的变化，将引起励磁电流及磁通φ0的变化，从而造成线性误差。②直流测速发电机有负载时电枢反应的去磁作用，使测速发电机气隙磁通减小，引起线性误差。③因为电枢电路总电阻中包括电刷与换向器的接触电阻，而这种接触电阻是随负载电流变化而变化的。当发电机转速较低时，相应的电枢电流较小，而接触电阻较大，这时测速发电机虽然有输入信号（转速），但输出电压却很小，因而在输出特性上引起线性误差。为了减小由温度变化而引起的磁通变化一方面可在实际使用时在励磁回路中串联一个电阻值较大的附加电阻。另一方面设计时可使发电机磁路处于较饱和状态为了减小电枢反应的去磁作用在设计时可在定子磁极上安装补偿绕组，并选取较小的线负荷和适当加大发电机气隙，在使用时尽可能采用大的负载电阻，并选用适当的电刷，以减小电刷接触压降。12.2交流异步测速发电机12.2.1工作原理空心杯形转子异步测速发电机结构和杯形转子伺服电动机相似，转子是一个薄壁非磁性杯，通常用高电阻率的硅锰青铜或铝锌青铜制成。定子的两相绕组在空间位置上严格保持90°电角度，其中一相作为励磁绕组，外施稳频稳压的交流电源励磁；另一相作为输出绕组，其两端的电压即为测速发电机的输出电压，如图。交流异步测速发电机的工作原理转子不动时d轴的脉振磁通只能在空心杯转子中感应出变压器电动势，这一变压器电动势将产生转子电流，此电流所产生的磁通与励磁绕组产生的磁通在同一轴线上，阻碍φ1的变化，所以合成磁通仍为沿d轴的磁通φd。而输出绕组的轴线和励磁绕组轴线空间位置相差90°电角度，它与d轴磁通没有耦合关系，不产生感应电动势，输出电压为零。交流异步测速发电机的工作原理当励磁绕组外施电压U1，便有电流I1流过绕组，在气隙中沿励磁绕组轴线（d轴）产生一频率为f的脉动磁通φ1。转子转动后绕组中除了感应有变压器电动势外，同时因转子导体切割磁通φd，而在转子绕组中感应旋转电动势Erq，其有效值为Cq——比例常数。而φq的轴线则与输出绕组轴线（q轴）重合，由于φq作用在q轴，因而在定子输出绕组中感应出变压器电动势，其频率仍为f，而有效值为式中N2Kw2——输出绕组的有效匝数，对一定的电机，其值为常数。考虑到φq∝Erq而Erq∝n，故输出电动势E2可写成E2=C1nC1——比例常数。即输出绕组中所感应产生的电动势E2与转速n成正比，由这个电动势产生输出电压U2。若转子转动方向相反，则转子中的旋转电动势Erq，电流Irq及其所产生的磁通φq的相位均随之相反，因而输出电压的相位也相反。这样，异步测速发电机就能将转速信号转变成电压信号，实现测速的目的。12.2.2主要误差自动控制系统对异步测速发电机的要求：

①输出电压与转速成严格的线性关系。②输出电压与励磁电压（压）相同。③转速为零时，没有输出电压，即所谓剩余电压为零。一、线性误差输出电压U2与转速n成严格的线性关系的前提是励磁绕组轴线（d轴）上产生变压器电动势的脉振磁通φd的振幅应保持恒定。但是实际上励磁绕组有电阻和漏抗φd的振幅是变化的，这就破坏了输出电压与转速应保持的线性关系。减少误差方法:①设法减小定子阻抗和增大转子电阻。②可提高电源频率以增加同步转速，减小相对转速，降低测速发电机的最大误差。二、相位误差输出电压与励磁电压之间的相位误差是由励磁绕组的漏阻抗压降所引起的。测速发电机已励磁而转子不转（即零信号状态下）时，输出绕组所出现的电压，称为剩余电压，亦称零信号电压。产生剩余电压的原因主要有两个方面:①制造工艺不良，如内定子椭圆，造成磁路不对称，绕组匝间短路以及两相绕组在空间下完全成90°电角度等原因，使励磁绕组与输出绕组之间存在着耦合作用。②导磁材料不均匀以及非线性，产生高次谐波磁场，就会在输出绕组中感应出谐波电动势。为此，应合理地选择磁性材料和提高加工质量，采用补偿绕组和磁路补偿等措施，昼减少剩余电压。12.2.3剩余电压12.3选择时应注意的问题在选用时，应根据系统的频率电压、工作转速和具体用途夹选择交流测速发电机的规格，用作解元件的应着重考虑精度要高，输出电压稳定性好；用于一般转速检测或作阻尼元件时，应着重考虑输出斜率要大。与直流测速发电机比较，交流异步测速发电机优点：结构简单，维护容易，运行可靠；没有电刷和换向器