测速发电机

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Chapter 3
主要类型
Tachogenerator
Chapter 3
Tachogenerator
电磁式 直流 永磁式 测速发电机 异步 交流 同步
一、直流测速发电机 工作原理与普通直流发电机相同。 U 电枢电势为：
E a = Ce φ f n = K e n
随着容抗由无穷大逐步减 小，输出电压先增后减，但 相位角一直增大。
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U2
Tachogenerator
ϕ
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Tachogenerator
C
E2 Zl = ∞
R L 0
Zl
ϕ0
Zl = ∞
0
Zl
可见： 1. 转速一定，当负载阻抗足够大时，不论什么性质 的负载，负载阻抗的变化不会引起输出电压明显 变化； 2. 当容抗大于一定值时，容性负载与电阻负载的变 化对输出电压的影响可以互补，但却扩大了对相 位移的影响； 3. 电阻—电感负载，可获得相位移不受负载阻抗改 变的影响，但却扩大了对输出电压的影响。
Φf
Φa
n
Φ ad
Φa
Φa
Φa
Φ ad
n
= Cn −
温度的影响 对策：
将磁路设计的较饱和； 在励磁回路中串电阻； 在励磁回路中串联具有负温度系数的热敏电阻
对策：选用导电性能较好的电刷
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Tachogenerator
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Tachogenerator
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负载阻抗对输出特性的影响
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Tachogenerator
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Tachogenerator
产生误差的原因及其改 进措施： 1. 气隙磁通的Φd的变化 2. 励磁电源的影响
励磁电压的幅值、频率、波 形都会对输出电压产生影响
主要技术指标及其改进措施： 1. 线性误差
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Tachogenerator
Chapter 3
E r = C 2 nΦ d
Tachogenerator
转子杯导条切割磁通Φd而产生旋转电动势Er，其交 变频率为f，大小为 当磁通Φd的幅值恒定时，则电动势Er与转子的转速 成正比。
n ∝ Er ∝ I r ∝ Φ q U 2 ∝ E2 ∝ Φ q ∝ n
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电刷接触电压降
U a = Ea − I a Ra − ∆U b = ∆U b Ke n− Ra R 1+ 1+ a RL RL C ∆U b Ke
Tachogenerator
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电刷位置的影响
Φf
Tachogenerator
比R、C误差 小 比空载时大
电容负载Xc
校正补偿
电桥补偿
XC ↑，斜率 开始增大然 后下降
比R、L误差 小
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Tachogenerator
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Tachogenerator
三、其他型式的测速发电机
1、霍尔无刷直流测速发电机
E H = K H IB = K H IB′ cos θ
RL = ∞ RL1 RL 2
n
0
R L1 > R L 2
可见，理想情况下C为常数，所 以，直流测速发电机负载时的输出 特性仍然是一条直线。负载电阻越 大，直线斜率就越大。 实际情况是，输出特性会偏离直 线，如图中虚线所示。
¾ 产生误差的原因和改进方法 电枢反应 对策： ¾ 选用较大气隙和较小线负荷； ¾ 转速不超过最大线性工作速度，负载电阻不小于 最小负载电阻； ¾ 补偿绕组；
BB = Bm sin ωt
Chapter 3
调节RA和RB，使
Tachogenerator
绕组中的感应电势： dB e A = K A B = K A Bm ω cos ωt dt eB = − K B Bm ωsin ωt
霍尔电势： 2 K HA K A Bm ω cos 2 ωt E HA = K HA B Ai A = R A 2 E = K B i = − K HB K B Bm ωsin 2 ωt HB HB B B R B
δ= ∆U m × 100% U 2m
* nc =
3 * nm 2
2. 相位误差
3. 温度的影响
温度升高使输出电压降 低，相角增大
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Tachogenerator
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Tachogenerator
3. 剩余电压（零速电压）
转速为零时输出绕组所产生的电压。一般几十毫伏。 产生剩余电压的原因： 励磁绕组轴线与输出绕组轴 线不垂直； 定子加工不良，造成气隙不 均匀； 杯形转子杯壁厚度不均匀或 转子偏心（交变分量）。
¾ 直流测速发电机的性能指标
1. 线性误差∆U% ∆U m ∆U % = × 100% U am 2. 最大线性工作转速nm 3. 输出斜率Kg 4. 最小负载电阻RL 5. 不灵敏区∆n 6. 输出电压的不对称度 ∆U a 2 K ub = × 100% U av
二、交流测速发电机
1 同步测速发电机 因感应电势频率随转速而变，致使电机本身的阻 抗及负载阻抗均随转速而变化，因此，输出电压不 再与转速成正比关系。故同步测速发电机应用较少。 2 异步测速发电机 结构与杯形转子交流伺服电动机类似，由内、外 定子，非磁性材料制成的杯形转子等部分组成。 定子上放置两个在空间相互垂直的单相绕组，一 个为励磁绕组，另一个为输出绕组。
优点：
无剩余电压，不含脉动成份，转子惯量小，寿命长。
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Tachogenerator
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Tachogenerator
U 2 = K1θ θ = K 2 ∫ ndt
0 t1
测速发电机的应用举例
转速自动调节系统
在自动控制系统中用作解算元件
&2 = E &2 空载时I2=0， U
负载时：OC=U2=I2RL
OC的方向也是I2的方向。
异步测速发电机的输出特性 因为三角形OBA为直角三角 形，且E2为常数，所以，B 点的轨迹为以OA为直径的 圆弧。又因为α、β为常数， 所以C点轨迹应为圆弧OCA。
负载阻抗对输出特性的影响
&2 = U &2 + I &2 ( R2 + jX 2 ) = I &2 Z L + I &2 ( R2 + jX 2 ) E
n 0
空载时，Ia=0, Ua=Ea 负载时，
U a = Ea − I a Ra
Ia =
Ua RL
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U U a = Ea − a Ra RL
Tachogenerator
Ua
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Tachogenerator
Ua =
1+
Ea Ke = n = Cn Ra R 1+ a RL RL
α = arctan
X2 R2
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Chapter 3
Tachogenerator
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Tachogenerator
纯电感负载时输出电压的变化
纯电容负载时输出电压的变化
& 2 = − jI &2 X c + I &2 ( R2 + jX 2 ) = I &2 R2 + jI &2 ( X 2 − X c ) = C E
剩余电压对输出特性的影响
内定子椭圆引起的剩余电压
剩余电压的交变分量
减小剩余电压的措施
¾ 改进制造材料和工艺，降低磁路饱和程度； ¾ 采用内外定子铁心可调结构； ¾ 采用补偿绕组（可补偿剩余电压的固定分量）；
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¾ 外接补偿装置
Tachogenerator
U f = K 3n
只要放大器放大倍数足 够大，便有 U1 = U f 作积分运算
U 2 = K1θ = K1 K 2 ∫ ndt
0
t1
=
t1 K1 K 2 t1 U f dt = K ∫ U1dt 0 K 3 ∫0
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Tachogenerator
i = e A = K A Bm ω cos ωt A RA RA e K iB = B = − B Bm ω sin ωt RB RB
2 K HA K A Bm K K B2 = HB B m = K RA RB
若将两个霍尔元件反向串联，则总的输出电压为
U 2 = E HA − E HB = Kω(cos 2 ωt + sin 2 ωt ) = Kω
Chapter 3
Tachogenerator
三环控制系统结构框图(测速发电机用作校正元件)
1-测速发电机，2-直流电动机
电压环和电流环主要是为了改善系统的动态特性，并在动 态过程中起保护主电动机和整个装置的作用。
思考题与习题 1. 为什么直流测速发电机在使用时，要注意转 子转速不宜超过规定的最高速度，而负载电 阻不宜低于它的规定值？ 2. 为什么交流异步测速发电机输出电压的大小 与电机转速成正比，而频率却与转速无关？ 3. 什么是异步测速发电机的剩余电压？简要说 明剩余电压产生的原因及其减小的方法。
Chapter 3
负载性质 电阻负载RL 输出斜率 RL↑，斜率↑
Tachogenerator
线性误差∆Ｕ 相位误差∆β 比空载时小 比空载时小 相位移β RL↓， β向滞 后方向移动 XL↓， β向超 前方向移动 XC↓， β向滞 后方向移动
各种性质的负载对异步测速发电机性能的影响
电感负载XL
XL ↑，斜率↑ 比空载时大
微特电机及系统
Chapter 3
Tachogenerator
Chapter 3 Tachogenerator 测速发电机
测速发电机是一种测量转速的信号元件，它将 输入的机械转速变换成为电压信号输出。 要求： 1. 输出电压与转速成正比，U2=Kn, 并保持稳定。 2. 剩余电压(转速为零时的输出电压）要小 3. 输出电压的极性或相位能反映被测对象的转向； 4. 转动惯量小，以保证反应迅速 5. 灵敏度高，即输出电压对转速的变化反应灵敏， 输出特性斜率要大
& 2 = jI &2 X L + I &2 ( R2 + jX 2 ) = I &2 R2 + jI &2 ( X L + X 2 ) = C E
α = arctan α = arctan
R2 X2
当 Xc =
R2 X2
2 2 + X2 R2 时， X2 输出电压有最大值 OC’=U2m
当XL变得很小时，U2 有可能超前于Uf.
输出特性
转子静止时 转子旋转时
U2 =
An * Uf 1 + B( n * ) 2
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Tachogenerator
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Tachogenerator
纯电阻负载时输出电压的变化 &2 = I &2 RL + I &2 ( R2 + jX 2 ) = I &2 ( RL + R2 ) + jI &2 X L = C E
KH = RH d
霍尔测速发电机原理图 霍尔测速发电机接线图
KH—霍尔元件灵敏度； R百度文库—霍尔系数。
霍尔效应
转子不动时，定子绕组中无电势，霍尔元件的控制电流 为零，所以霍尔电动势为零。
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Chapter 3
B A = Bm cos ωt
Tachogenerator