第六章交流异步测速发电机

为了便于衡量实际输出特性的线性度， 一般把实际输出特性上对应于 23 v （为最 大相对速度）的一点与坐标原点的连线作为 线性输出特性，直线与曲线之间的差异就是 误差，这种误差通常用线性误差（又称幅值 U2 相对误差）x 来度量。 1
max
1-线性输出特性
U 2 LT max
2
2-实际输出特性
输出特性和线性误差
6.3 异ຫໍສະໝຸດ Baidu测速发电机的特性和主要技术指标
一、输出特性和线性误差 测速发电机输出电压与转速间的关系 U2=f(v) 称为输出特性。 上式中v为相对速度，它是实际转速n 与同步转速ns的比值，即v = n / ns 。 一台理想的测速发电机输出电压应正比 与它的转速，即U2= Kv 。式中K为比例系数。 但是实际的异步测速发电机输出电压与转速 间并不是严格的线性关系，而是非线性的。
U1~ U1~
U2~
U2~
交流测速发电机结构图
输出绕组
励磁 绕组
交 流 测 速 发 电 机 定 转 子 铁 心
下 好 线 的 定 子
当转子不动，即n=0 时，若在励磁绕组中加上 U 1~ w 1 频率为f1的励磁电压U1， 则在励磁绕组中就会有电 ER2 IR2 流通过，并在内外定子间 w2 2 的气隙中产生频率与电源 频率f1相同的脉振磁场。 U 2~ n 脉振磁场的轴线与励磁绕 10 杯形转子 组W1的轴线一致，它产 上图中W1为励磁绕组， 生的脉振磁通φ10与励磁绕 W2为输出绕组，它们在 组和转子杯导体相匝链并 空间互差90o电角度。 随时间进行交变。
U max
3 v max v max 2
v
x
U max
U 2 LT max
100%
式中， Umax为实际输出电压与线性输 出电压的最大差值；U2lTmax为对应于最大转 速 n max（技术条件上有规定）的线性输出 电压。
异步测速发电机在控制系统中的用途不同， 对线性误差的要求也不同。作为阻尼元件时允许 线性误差可大一些；而作为解算元件时，线性误 差必须很小。目前，高精度的异步测速发电机线 性误差可小0.05%到左右。
Us
Usj
Us0
0
产生剩余电压的原因是多 种多样的，它由两部分组成： 一部分是固定分量Us0，其值与 转子位置无关；另一部分是交 变分量Usj，它的值与转子位置 有关，当转子位置变化时，其 α 值作周期性的变化。
四、输出斜率
与直流测速发电机一样，异步测速发电机的输 出斜率Un通常也规定为转速1000r/min时的输出电压。 输出斜率越大，输出特性上比值U2/ n越大，测速 发电机对于转速变化的灵敏度就越高。但是与同样 尺寸的直流测速发电机相比较，交流测速发电机的 输出斜率较小，一般为0.5~5V/kr/min。 U2 Un
杯形转子
图中画出了某一瞬 间磁通φ10的极性 。由于 励磁绕组与输出绕组相 互垂直，因此磁通φ10与 输出绕组W2的轴线也互 相垂直。
这样，磁通φ10就不会再输出绕组W2中感应 出电势，所以转速 n = 0 时 ,输出绕组W2也就没有 电压输出。
当转子旋转时，转子导体切割磁场φ10 ，感 应电势ER ，且 ER2 = Bplv，由每极磁通 φ 10=Bplτ
1、负载阻抗足够大时，在测速发电机转 速一定时，负载阻抗稍有变化，输出电压的 大小和相位几乎不变。
2、电阻电容性负载，阻抗值的改变会引 起输出电压大小的变化趋势是相反的，即他 们对输出电压的大小的影响可以互相补偿， 输出电压不受负载大小的影响。但是电阻电 容性负载不能补偿输出电压的偏差。
3、电阻电感性负载，阻抗值的改变引 起相位的改变是相反的，即对输出电压相位 的影响可以互相补偿，但是电阻电感性负载 对输出电压大小的影响不能补偿。 综上所述究竟采用哪种负载，主要根据 系统的需要而定，通常总是希望保持输出电 压的大小不受不在阻抗的影响。因此，多数 采用电阻电容性负载。
θ

E2 称为异步测速发电机的输出相位移 E 1
为转子切割磁通 1产生的切割 电势； E2为磁通 2在输出绕组 中产生的变压器电势；
R2

β ψ

E R2

I R2
1 2

三、剩余电压Us
测速发电机的激磁绕组已经供电，转子处于 不动情况下（即零速时）输出绕组所产生的电压， 此即剩余电压，又称为零速电压。
四、移相问题
在自动控制系统中，往往希望输出电压 与激磁电压相位相同，因而要进行移相。移 相可以在激磁回路中进行，也可以在输出回 路中进行，或者在两回路中同时进行。最简 单的方法是在激磁回路中串联移相电容进行 移相，电容值可用实验办法确定。 U1~
R2 C 1 U 2~ R 3 R 1
RC网络
五、最大线性工作转速
二、激磁电源的影响
交流异步测速发电机激磁电源电压幅值的不稳 定，会直接引起输出电压的不稳定，因而影响输出 特性的线形误差。因此，对于要求稳定性高，误差 小的异步测速发电机，都采用专用的电源供电，其 电源的幅值和频率不受其他因素的影响。
三、温度的影响
环境温度的变化和电机长时间工作的发热， 会使定子绕组和杯形转子的电阻以及磁性材料的 性能发生变化，这样就会对电机的性能产生影响， 使输出特性不稳定。
及 v=π Dn/60
IR2=ER2/RR
得 ER2∝φ 10n
忽略导条漏抗的影响时，其中电流为：
由于在励磁绕组中通入的是交流电，产 生的是一个脉振磁场，故Bδ及φ10 都是随时 间交变的频率为 f1。因而，转子导体切割磁 通产生的电势ER2及电流IR2也都是交变的。
流过转子导体中的 U 1~ w 1 电流IR2又要产生磁通 φ2 ，其值与电流IR2成 ER2 IR2 正比，即 φ2∝ IR2 w2 2 故 φ2∝φ10 n U2~ n φ2在w2中感应电势， 10 杯形转子 从而产生电压U2 ，且 U2 ∝φ2 故 U2∝ φ10 n 即 U2∝U1 n 上面所得是理想测速发电机的情况，实际 的异步测速发电机的性能会产生各种误差。
第 六 章 交流异步测速发电机
第6章 交流异步测速发电机
6.1 交流异步测速发电机概述 6.2 交流异步测速发电机的结构和工作原理
6.3 交流异步测速发电机的特性和主要技术指标
6.4 交流测速发电机的使用 6.5 交流异步测速发电机的应用举例
第6章 交流异步测速发电机
本 章 要 求：
熟练掌握交流测速发电机的工作原理。 了解交流测速发电机的结构和型式。 熟练掌握交流测速发电机的输出特性。 搞清交流测速发电机的误差及其减小方法。 搞清交流测速发电机的性能指标。 熟练掌握交流测速发电机的应用。
6.1 交流异步测速发电机概述
交流异步测速发电机是一种测量转速 或转速信号的元件。理想的测速发电机的 输出电压U2与它的转速n成线性关系，如 图所示，其数学表达式为：U2
U2 = k n
其主要用途有两种： 解算元件和阻尼元件。
o
n
6.2 交流异步测速发电机的结构和工作原理
一、交流异步测速发电机结构
二、输出相位移与相位误差
在自动控制系统中，希望异步测速发电机的输出 电压与激磁电压同相位，但在实际的异步测速发电机 中，两者之间却存在相位移。 U 1 j I 1 x1 相位移存在的原因： I 1 r1 图中：E1为磁通 1在激磁 I1 E1 U 2 绕组中产生的变压器电势； E
定子上装有两个绕组，一个作励磁用， 称为励磁绕组1；另一个输出电压，称为输 出绕组2；两个绕组的轴线互相垂直，在空 间上相隔90°。
U1~
U2~
转子一般为杯形转子，通常是由铝合金 制成的空心薄壁圆筒。此外，为了减少磁器 的磁阻，在空心杯形转子内放置有固定的内 定子。在分析时，杯形转子可视作由无数并 联的导体条组成，和鼠笼转子一样。
在测速发电机的技术条件中还规定了 最大线性工作转速，它表示当电机在转速 情况下工作时，其线性误差不超过标准规 定的范围。所以在使用中，若对于测速发 电机线性度有一定要求时，则电机的工作 转速就不应超出最大线性工作转速。
6.5 交流异步测速发电机的应用举例
二、工作原理
励磁绕组W1与转子杯之间的情况如同变压 器原边与副边之间的情况完全一样。若忽略励 磁绕组W1的电阻R1及漏抗X1，则有 U1 ≈ E1
由于感应电势 E1 = 4.44fw1φ10 ,故φ10 ∝ U1所 以电源电压一定时，磁通也保持不变。
U1~ w1
ER2 IR2
2
w2
n
U2~
10
鼠笼转子异步测速发电机输出特性斜率大， 但是它的特性比较差、特性误差大、转子惯性 大， 通常只用于精度要求不高的系统中。
空心杯转子异步测速发电机的精度比较 高，线形误差小，转子的转动惯量小，一般 应用在要求精度比较高的系统中，是目前最 广泛应用的一种异步测速发电机。
在合理的选择好测速发电机的同时，要注意 在实际使用中如何改善技术性能，有以下几个问 题需要注意： 一、负载性质对输出特性的影响及改善方法 测速发电机正常工作时,其输出电压仅为转速的 函数不受负载的性质和大小的影响,实际工作中输出 电压的大小和相位与负载的大小和性质有关 。
n
O
U2
1000
n（r/min）
6.4 交流异步测速发电机的使用
在选用时，应根据系统的频率，电压，工 作转速的范围和具体用途来选择交流测速发电 机的规格。用作解算元件的应着重考虑精度要 高，输出电压稳定性要好；用于一般转速检测 或做阻尼元件时，应着重考虑输出斜率要大， 而不宜既要精度高，又要输出斜率大。