浅谈测速发电机及自整角机的应用

浅谈测速发电机及自整角机的应用

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摘要：测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。它能把机械转速变成电压信号,其输出电压与输入电压的转速成正比关系。在转速调节自动控制系统中作转速反馈元件、计算元件或阻尼元件。自整角机是测量机械转角的控制电机。与旋转变压器不同的是，非数字化自整角机必须至少两台才能正常工作。当两台自整角机的定子绕组，即整步绕组按一定方式连接在一起时，只要两台自整角机的转角存在差值，就会相应的输出。本文主要就测速发电机与自整角机的分类及应用方面做了阐述。

关键词: 测速发电机自整角机应用

0引言

在转速反馈系统中, 测速发电机是一个关键的装置, 它的输出电压的幅值正比于转速, 极性反映电机的转向。测速精度、线性度、波型的纹波系数以及测量的小滞后性是它的主要性能指标。现有测速发电机的性能指标一般能满足大多数调速系统的需要。但是,它往往存在一个相当致命的缺陷,长期使用时可靠性不高。很多公司调速系统有三分之一的故障源于测速发电机的失效。其原因不外乎机械安装的同心度变坏、碳刷和换向器的磨损、永磁磁强的减弱等。[5. 1~2]

自整角机是一种感应式机电元件，被广泛地应用于随动系统中，作为角度传输、变换和指示的装置。在控制系统中经常两台或者多台联合使用，使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角变化，或者同步旋转。

1 测速发电机与自整角机的分类

1.1测速发电机的分类

测速发电机是输出电动势与转速成比例的微特电机。其绕组和磁路经精确设计，输出电动势和转速成线性关系，改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。测速发电机，其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件。从工作原理上讲，它属于“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。

测速发电机有直流和交流之分，而直流测速发电机又有他励和永磁之分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小。作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上限。而交流测速发电机又有同步和异步之分，同步测速发电机包括：永磁式、感应式和脉冲式；异步测速发电机应用最广泛的是杯型转子异步测速发电机。

为了提高测速发电机的精确度和可靠性，目前，直流测速发电机出现了无刷结构的霍尔效应直流测速发电机。因为这种霍尔效应无刷直流测速发电机是一种无齿槽、无绕组的电机，所以它不会产生由于齿槽而存在的“齿槽谐波电势”，这种电机结构简单，便于小型化。

由于测速发电机在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。为保证电机性能可靠，测速发电机的输出电动势具有斜率高、特性成线性、无信号区小或剩余电压小、正转和反转时输出电压不对称度小、对温度敏感低等特点。此外，直流测速发电机要求在一定转速下输出电压交流分量小，无线电干扰小；交流测速发电机要求在工作转速变化范围内输出电压相位变化小。

1.2自整角机的分类

自整角机是利用自整步特性将转角变为交流电压或由转角变为转角的感应式微型电机。在伺服系统中被用作测量角度的位移传感器。自整角机还可用以实现角度信号的远距离传输、变换、接收和指示。两台或多台电机通过电路的联系，使机械上互不相连的两根或多根转轴自动地保持相同的转角变化，或同步旋转。电机的这种性能称为自整步特性。在伺服系统中，产生信号一方所用的自整角机称为发送机，接收信号一方所用自整角机称为接收机。自整角机按用途分为力矩式和控制式(变压器式)两种。

力矩式自整角机用于同步指示系统，大多数采用两极凸极式结构，只在频率较高、尺寸较大时才采用隐极式结构。这类自整角机本身不能放大力矩，要带动接收机轴上的机械负载，必须有自整角发送机一方驱动装置供给转矩。控制式自整角机用作测角元件，其发送机结构与力矩式自整角机相似。为了提高输入阻抗，所用激磁绕组匝数较多。控制式自整角接收机多采用隐极式结构，并在转子上装设高精度的正弦绕组。由于生产工艺方面的原因，自整角机有零位和角度等方面的误差。

2测速发电机及自整角机的应用

2.1测速发电机的应用

测速发电机广泛用于各种速度或位置控制系统中，如速度伺服、位置伺服和计算解答。还可以在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。

2.1.1测速发电机在速度伺服控制系统中的应用

测速元件是速度闭环控制系统中的关键。为了扩大调速范围，改善平稳性要求测速元件低速输出稳定，文波小，线性度好。对于模拟量测速元件，通常采用直流测速发电机，他已被广泛应用与速度伺服系统中。尽管它存在由于气隙和温度变化以及电

刷的磨损而引起的输出斜率改变等问题，但还是具有在宽广的范围内提供速度信号的能力等优点。因此，直流测速发电机仍是速度伺服控制系统中的主要反馈元件。

速度闭环控制系统中的测速发电力要求输出斜率大，线性误差小，剩余电压低。

2.1.2测速发电机在位置伺服控制系统中的应用

位置伺服控制系统又称随动控制系统。模拟式随动系统中测速发电机也是转速反馈元件，但其作用不同于上述速度控制系统，转速反馈是用于位置的微分反馈的校正，相当于起到速度阻尼的作用。作校正元件用时，应着重考虑其比电动势要大，对线性误差不宜提出过分的要求。

位置伺服系统用测速发电机要求输出斜率小，线性误差小，生育电压可稍大。

2.1.3测速发电机在积分运算控制系统中的应用

测速发电机作计算元件用时，应着重考虑其线性误差要小，电压稳定性要好。对积分用测速发电机要求误差低、温度影响小。计算解答控制系统是采用高精度测速发电机的模拟系统。在计算解答系统中，要求测速发电机误差小、剩余电压等方面能达到较高的要求。为了满足上述的精度要求，交流异步测速发电机往往有温度补偿及剩余电压补偿电路。

2.2自整角机的应用

自整角机广泛应用于冶金、航海等位置和方位同步指示系统和火炮、雷达等伺服系统中。随着科学的发展，自整角机也在水文缆道中实现了传输记录水深和起点距数据的功能。

2.2.1自整角机在水文缆道中的应用

在水文测流缆道运行过程中，怎样准确地传输记录水深和起点距数据，是非常重