直流、交流测速发电机的工作原理

直流、交流测速发电机的工作原理来源：机械专家网发布时间：2010-03-20 机械专家网一、直流测速发电机：1、直流测速发电机的工作原理：在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。

显然输出电压与转速成正比。

2. 误差分析直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。

从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显著，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。

（2）温度的影响如果直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。

温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。

可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。

（3）接触电阻如果电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。

另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。

二、交流测速发电机：交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。

在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。

交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。

空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90°电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。

·空心杯转子异步测速发电机原理：当定子励磁绕组外接频率为 f的恒压交流电源 u，励磁绕组中有电流 i流过，在直轴（即轴）上产生以频率 f脉振的磁通。

在转子不动时，脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场，在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中感应产生旋转电势，其大小正比于转子转速，并以励磁磁场的脉振频率交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势在杯型转子中产生交流短路电流，若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么此短路电流所产生的脉振磁通在空间位置上与输出绕组的轴线一致，因此转子脉振磁场与输出绕组相交链而产生感应电势。

输出绕组感应产生的电势实际就是交流异步测速发电机输出的空载电压，其大小正比于转速，其频率为励磁电源的频率。

2、误差分析交流异步测速发电机的误差主要有三种：非线性误差、剩余电压和相位误差直流测速发电机的工作原理在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。

显然输出电压与转速成正比。

2.误差分析直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。

从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显着，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。

（2）温度的影响假如直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。

温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。

可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。

（3）接触电阻假如电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。

另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。

交流测速发电机交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。

在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。

1.交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。

空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90?电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。

空心杯转子异步测速发电机原理当定子励磁绕组外接频率为f的恒压交流电源u，励磁绕组中有电流i流过，在直轴（即轴）上产生以频率f脉振的磁通。

在转子不动时，脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场，在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中感应产生旋转电势，其大小正比于转子转速，并以励磁磁场的脉振频率交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势在杯型转子中产生交流短路电流，若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么此短路电流所产生的脉振磁通在空间位置上与输出绕组的轴线一致，因此转子脉振磁场与输出绕组相交链而产生感应电势。

输出绕组感应产生的电势实际就是交流异步测速发电机输出的空载电压，其大小正比于转速，其频率为励磁电源的频率。

2、误差分析交流异步测速发电机的误差主要有三种：非线性误差、剩余电压和相位误差。

直流测速发电机工作原理(一)、直流测速发电机工型式1、永磁式其定子磁极由永久磁钢做成，没有激磁绕组。

2、电磁式其定子激磁绕组由外部电源供电，通电时产生磁场。

永磁式电机结构简单，省掉激磁电源，便于使用，并且，温度变化对激磁磁通的影响也小。

但永磁材料价格较贵，帮常应用于小型测速成发电机中。

(二)、自动控制系统对直流测速发电机的要求自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。

据此，直流测速成发电机在电气性能方面应满足以下几项要求：1、输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性；2、温度变化对输出特性的影响要小；3、输出特性的斜率要大；4、输出电压的纹波要小，即要求在一定的转速下输出电压要稳定，波动要小；5、正，反转两个方向的输出特性要一致，实际应用中一般都是不一致的，稍有差别。

不难理解，第3项要求是为了提高测速成发电机的灵敏度。

因为输出特性斜率大，即是速度变化相对的电压变化大，这样，测速成机的输出对转速的变化很灵敏。

第1、2、4、5项的要求是为了提高测速成发电机的精度。

因为只有输出电压和转速成线性关系，并且正、反转时特性一致，温度变化对特性的影响越小，输出电压越稳定，则输出电压就越能精确地反映转速，这样才能对提高整个系统的精度有利。

(三)、直流测速发电机的误差及其减小的方法1、温度影响：电机周围环境温度的变化以及电机本身发热都会引起电机绕组电阻的变化。

当温度升高时，激磁绕阻电阻增大，激磁电流减小，磁通也随之减小，输出电压就降低。

反之，当温度下降时，输出电压便升高。

处理方法：在激磁回路中串联一个阻值比激磁绕阻电阻大几倍的附加电阻来稳流，这样，尽管温度升高将引起激磁绕组电阻增大，但整个激磁回路的总电阻增加不多。

附加电阻可以用温度系数较低的合金材料制成。

2、电枢反应：测速运行时，其电枢绕组的电流产生电枢磁场，它对激磁绕组磁场有去磁效应。

而且负载电阻越小或是转速越高，负载电流就越大，去磁作用就越明显，造成输出特性曲线非线性误差增加。

处理方法：为了减小电枢反应对输出特性的影响，在直流测速发电机的技术条件中标有最大转速和最小负载电阻值。

在使用时，转速不得超过最大转速，所接负载电阻不得小于给定的电阻值，以保证非线性误差较小。

3、延迟换向去磁：电枢绕组的电流方向是发电刷为其分界线的。

当电枢绕组元件从一个支路经过电刷进入另一个支路时，其电流便由+i 就成-i，但是当元件经过电刷而被电刷短路的瞬间，它的电流是处于由+i变到-i的过渡过程，这个过程叫作元件的换向过程。

进行换向的元件叫作换向元件。

换向元件流有电流时便产生磁通，该磁通和主磁通方向相反，对主磁通起去磁作用(这样的去磁作用叫做延迟换向去磁)处理方法：为了改善线性度，对于小容量的测速机一般采取限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用。

4、纹波：测速发电机的输出电势并非随时间变化而稳定的直流电势，其输出电势总是带着微弱的脉动，通常把这种脉动称为纹波。

处理方法：纹波主要由电机本身的固有结构及加工误差所引起，不可避免。

5、电刷接触压降：测速电机输出为线性关系的一个条件是电枢回路总电阻为恒值。

实际上总电阻中包含的电刷和换向器的接触电阻不是一个常数。

它与材料、电流密度、电流方向、电刷接触压力、接触表面温度等因素有密切关系。

电刷接触压降会在转速较低时，输出电压对转速的反应不灵敏，造成不灵敏区。

处理方法：采用接触压降较小的银---石墨电刷、高精度测速发电机采用铜电刷。

并在电刷与换向器接触的表面上镀上银层，使换向器不易磨损。

(四)、直流测速发电机对旋转机械作速度控制的应用为了使旋转机械保持恒速，可以在电动机的输出轴上耦合一测速发电机，并将其输出电压和给定电压相减后加入放大器，经放大后供给直流伺服电动机。

当电动机转速上升，测速发电机的输出电压增大，给定电压和输出电压的差值变小，经放大后加到直流电动机的电压减小，电动机减速；反之，若电动机转速下降，测速电机的输出电压减小，给定电压和输出电压的差值变大，经放大后加给电动机的电压变大，电动机加速。

保证了电动机转速变化很小，近似于恒速。

交流测速发电机交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。

在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。

1. 交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。

空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90?电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。

空心杯转子异步测速发电机原理当定子励磁绕组外接频率为 f的恒压交流电源 u，励磁绕组中有电流 i流过，在直轴（即轴）上产生以频率 f脉振的磁通。