电机及电力拖动第13章测速发电机

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
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13.1.2 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：
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交流异步测速发电 机的工作原理
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么么么么方面
• Sds绝对是假的
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当电机的励磁绕组外施电压U1时，便有电流I1流过绕组，在电机 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。
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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
转子转动后
转子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，而在转子绕组中同还感应一旋转电动势Erq，其有效
值为
Erq Cqdn
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 E2 4.44 fN2K2q
式中N2Kw2——输出绕组的有效匝数，对一 定的电机，其值为常数。
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考虑到φq∝Erq而Erq∝n，故输出电动势E2可写成E2=C1n C1——比例常数。
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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，
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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。
其原理图如图，在恒定磁场中，电枢以转速n
旋转时，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。
E0
PN 60a 0n Ce0n
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，
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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。
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
间位置相关90°电角度，它与d轴磁
通没有耦合关系，故不产生感应电
动势，输出电压为零。
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交流异步测速发电机 的工作原理
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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。
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13.2.3 剩余电压
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。
优点：结构简单，维护容易，运行可靠；没有电刷和换向器， 因而无滑动接触，输出特性稳定、精度高；摩擦力矩小，转动 惯量小；正反转输电压对称。
缺点：存在相位误差和剩余电压；输出斜率小；输出特性随负 载性质（电阻、电感、电容）而有不同。
当使用直流或交流测速发电机都能满足系统要求时,则需考虑
到它们的优缺点,全面权衡,合理选用。
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。
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13.2 交流异步测速发电机 13.2.1 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。
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13.3 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。
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与直流测速发电机比较，交流异步测速发电机
即U0=E0，因而输出电压与转速成正比。
在负载时，因电枢电流Ia≠0，若不讲电枢反应的影响，直流测
速发电机的输出电压为U=E0-IaRa,电枢电流为 以上三式整理得 U Ce0 n
Ia
U Rz
1 Ra
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Rz
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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，
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第十三章 测速发电机
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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。
• 13.1 直流测速发电机
• 13.2 交流异步测速发电机
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13.1 直流测速发电机 13.1.1 工作原理
Fra Baidu bibliotek
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，
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。
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13.2.2 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。
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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。
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。
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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