chap03_测速发电机
测速发电机的工作原理
测速发电机的工作原理
1.测速原理：流体通过装置时，会带动装置旋转，同时间隙上面开有
触头，而在这个装置上旋转的转子采用磁钢做产生磁场，触头与转子表面
上的磁场穿过铁芯引线产生感应电动势。
2.法拉第电磁感应定律：根据法拉第电磁感应定律，当导体相对于磁
场发生运动时，磁场中的磁感线将穿过导体，从而在导体上引起电势差。
当与导体相连的电阻接通时，将产生电流。
3.贴近斯密斯效应原理：当流体通过测速发电机时，将带动转子旋转。
转子上的励磁磁场由磁钢提供。
当流体通过转子的旋转，磁感线将穿过转
子上的铁芯，从而在铁芯内产生感应电动势。
同时，为了使转子旋转更为
顺畅，常常在环形的转子上放置一些电刷，把通过铁芯产生的感应电动势
剥离出来，形成短路电流。
4.电流产生：出于测速发电机的负载特性需要，通常在电刷处放置一
组分流电阻。
当感应电动势的大小超过了分流电阻的电压降，剩余的电势
差将用于驱动负载电压。
因此，负载电压的大小主要取决于流体流速和负
载电阻。
需要注意的是，测速发电机的转子和外转子发电机相比相对较为复杂，因为它需要通过电刷将感应电动势输出到外部负载。
此外，流体流速越快，产生的电流也就越大，最大电流取决于流体流速的限制。
测速发电机
（8-2）
转子旋转时，转子绕组切割直轴磁通 产生切割电动势E 。 由实于际直 上轴，磁由通于存在与漏输阻出抗绕、组负N2载不变交化链等，问所题以，输直出轴绕磁组通没有感是应变电化动的势，，输其出输电出压电与压转U速2=不0是。严d格的正比关系，输出特性呈现非线性q，如
由于直轴磁通 是脉振的，因此切割电动势E 也是交变的，其 图8.
1—空心杯转子；2—外定子； 3—内定子；
4—励磁绕组；5—输出绕组
图8.4 空心杯转子测速发电机结构
2．基本工作原理
异步测速发电机的工作
原 理 可 以 由 图 8.5 来 说 明 。 图 中组N。1是由于励磁转子绕电组阻，较N2大是输，为出分绕
析方便起见，忽略转子漏抗的
影响，认为感应电流与感应电 动势同相位。
交链，在输出绕组中感应出频率为f的交变电势E 。 交轴磁通与输出绕组N2交链，在输出绕组中感应出频率为f的交变电势E2。
2
以频率f交变的切割电动势与其转子绕
组所切割的直轴磁通 d 、切割速度n及由
当励磁电压Uf恒定且主磁通
不变时，测速发d 电机的电枢与被测机械连轴而随之以转速n旋转，电q枢导体切割主磁通
而在其中生成
频率也就是直轴磁通的频率f，切割电动势 在转子绕组中产生 E 感应电动势E。
q
直流测速发电机在结构上与普通小微型直流发电机相同，通常是两极电机，分为他励式和永磁式两种。
频率相同的交变电流I ，电流I 由q轴的一侧流入而在另一侧流出， 可由见于， 直异轴步磁测通速发与电输机出可绕以组将N2其不转交速链值，一所一以对输应出q地绕转组换没成有输感出应电电压动q值势。，其输出电压U2=0。
（8-2）
磁动势合成而产生的磁通也是沿d轴方向脉振的，称之为直轴磁 可见，异步测速发电机可以将其转速值一一对应地转换成输出电压值。
测速发电机的工作原理
测速发电机的工作原理
测速发电机的主要工作原理是基于旋转磁通产生的感应电动势，通过转子上的电刷将这一电动势收集利用。
与同步发电机相同的是，测速发电机的转子同样由磁极、绕组等元件组成，通过交流磁通的作用，引起定子中的感应电动势产生。
不同之处在于，测速发电机通常采用使用同步带、齿轮或其他传动装置与被测设备相连，以便准确测量其转速。
同时，将测得的转速信号输入到电子控制器中，利用独立的电路控制测速发电机输出的频率，以确保其与稳定的电网相匹配。
除此之外，测速发电机还需要特别设计的转子电刷，以确保其具有高度的耐磨性和稳定性。
同时，其输出电流也需要一定程度的过载能力，以适应各种应用场景中的特定负载要求。
在实际应用中，测速发电机可以用于测量各种类型的旋转机械设备，包括发动机、轴承、齿轮等，从而提供实时的数据反馈，并产生可靠的电能供应。
在现代自动化生产线、航空航天、船舶、铁路等领域广泛应用，为保证设备安全、提高生产效率提供了重要保障。
测速发电机
直流伺服电动机 控制对象（火炮）
直流测速发电机
图7.3.4 模拟式随动系统原理图
教学重点： 教学难点：
小结
1 掌握直流测速发电机的输出特性及减小误差方法 2 掌握交流异步测速发电机的工作原理 3 掌握交流异步测速发电机的输出特性及误差
异步测速发电机的输出特性为什么是线性的？
作 业：
P338：7.10
减小剩余电压误差的方法：选择高质量的各方向 特性一致的磁性材料，在机加工和发电机的应用 测速发电机在自动控制系统和计算装置中通常作 为测 速元件、校正元件、解算元件等。
直流测速发电机在模拟式随动系统中的应用，如图7.3.4。
手轮
自整角机
放大器
图7.3.2 异步测速发电机工作原理
1、n=0电机不转 输出电压 U2=0
2、n 0 电机旋转
切割电动势大小:
Er Crd n
q Frq Fr Er n
切割电动势 计算公式
E2 q n
即：输出绕组的感应电动势的幅值正 比于电机的转速。
二、异步测速发电机的输出特性
U2 理想输出 特性
态
⑷ 纹波的影响。电机结构和加工误差引起，加入滤波电路
7.3.2 交流异步测速发电机
分为同步测速发电机和异步测速发电机两种，其中异步测速发电机应用 广泛，其又分为笼型和空心杯型两种。空心杯型测速发电机测量精度高、 转动惯量小，性能稳定，适于快速系统，应用比较广泛。
一、空心杯转子异步测速 发电机的工作原理
U2
Ea 1 Ra
Cn
RL
n
图7.3.1 不同负载电阻时的输出特性
二、直流测速发电机的误差及减少误差的方法
1. 直流测速发电机的误差 ⑴ 电枢反应的影响； ⑵ 电刷接触电阻的影响； ⑶ 温度的影响； ⑷ 纹波的影响。
简述测速发电机的工作原理
简述测速发电机的工作原理
测速发电机是一种测量转速的微型发电机，其工作原理是将输入的机械转速转化为电压信号输出。
具体来说，测速发电机中有一个旋转的磁环，当被测机械开始旋转时，该磁环也随之旋转。
这个旋转的磁场会穿过绕组，从而在绕组中产生感应电势。
然后，该电势会通过导线输出，并供外部设备进行处理和记录。
测速发电机按照输出电压与转速的关系可以分为两类：一类是线性关系，即输出电压随转速的增加而线性增加；另一类是指数关系，即输出电压随转速的增加而呈指数增加。
在实际应用中，线性关系测速发电机更常用，因为它输出的电压信
号与转速成正比，便于测量和控制。
测速发电机具有精度高、响应速度快、体积小、重量轻等优点，因此在许多领域得到广泛应用。
例如在电机控制系统、自动测试设备、仪表仪器、传动系统等领域中都需要使用到测速发电机来进行转速的测量和调节。
需要注意的是，在实际使用测速发电机时，还需要注意一些问题。
例如在使用前需要先进行校准，以确保测量精度；在使用过程中需要避免过载和短路等情况的发生，以免损坏测速发电机或者影响测量结果；在使用后需要定期进行维护和保
养，以确保其长期稳定的工作状态。
测速发电机
EE
东南大学电气工程学院
EE
东南大学电气工程学院
Chapter 3
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
负载阻抗对输出特性的影响
EE
东南大学电气工程学院
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Chapter 3
Tachogenerator
Chapter 3
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
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。
输出特性
测速发电机
直流测速发电机的工作原理与直流发电机相同。在恒定磁场下，旋转的电枢导体切割磁通，就会在电刷间产 生感应电动势。空载时，电机的输出电压与转速成正比。负载时，由于负载电阻、电枢电阻和电刷接触电阻引起 的电压降，温度变化、磁极和电枢的磁滞及涡流的影响，电枢反应、齿槽效应以及换向过程对感应电动势瞬时值 的影响等，使电机输出特性[输出电压U与转速n的关系，即U=f(n)]的线性度变差；电刷与换向器的接触压降导致 产生不灵敏区。
同步测速发电机采用同步电机结构，输出交流电压的幅值和频率均与转速成正比的测速发电机。同步测速发 电机又分为永磁式、感应子式和脉冲式。永磁式不需要励磁电源，转子为永磁励磁，具有结构简单易于维修的优 点，但极数比较少，用二极管整流后纹波比较大，滤波比较困难。感应子式按定、转子之间可变磁阻效应产生感 应电动势原理工作，极数比较多，整流后纹波比较小且便于滤波，但结构复杂维修困难。以上两种测速发电机既 可用输出电压的幅值去反映转速，也可用输出电压的频率去代表转速。前者是模拟量，需要整流和滤波;后者是数 字量，可以直接输入微处理机。如果将幅值和频率合起来使用，就有可能实现高灵敏度的转速检测，但不能判别 旋转方向，这一点不如直流测速发电机。脉冲式以脉冲频率作为输出信号，可以直接输入微处理机，是测速码盘 中每转发出脉冲数较少的一种。由于其结构简单，坚固耐用，可以判别旋转方向，20世纪90年代后期随着数字技 术的发展被广泛应用。
测速发电机
控制系统中的微型发电机
01 介绍
03 交流
目录
02 直流
测速发电机是输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和 转速n成线性关系，即E=Kn，K是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。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。
测速发电机
纹波的概念
直流测速发电机因 换向片数是有限的, 换向片数是有限的, 电枢绕组电势应是 每一支路中有限个 元件感应电势的叠 加,因此输出电压是 脉动的. 脉动的. 直流测速发电机输出电压值 脉动的大小由纹波系数来衡 量 纹波系数指电机在一定的转 速下, 速下,输出电压交变分量的有 效值与输出电压的直流电压 之比. 之比. 输出电压中的交变分量对于 测速发电机用于速度反馈或 加速度反馈系统都是不利的, 加速度反馈系统都是不利的, 特别是在高精度解算装置中 更是不允许. 更是不允许.
第二节
直流测速发电机
直流测速发电机概述
直流测速发电机是一种微型直流发电机。它的定、转子结 构均和直流伺服电动机基本相同。 按定子磁极的励磁方式来分，可分为： 电磁式 永磁式 按电枢的结构形式分，可分为： 无槽电枢 有槽电枢 空心杯电枢 圆盘印制绕组等 近年来．因自动控制系统的需要，又出现了水磁式直线测 速发电机。
pn f = 60 E = 4.44 fNKω φm = K ' n
永磁式同步测速发电机因感应电势的频率随转速而改变， 致使电机本身的阻抗及负载阻抗均随转速而变化。因此， 这种测速发电机的输出电压不再与转速成正比关系。尽管 永磁式交流测速发电机结构简单，又没有滑动接触，仍不 适用于自动控制系统，通常只是作为指示式转速计。
感应子式测速发电机原理（1 感应子式测速发电机原理（1）
当励磁绕组中通入直流励磁。使定子铁心磁化为N 当励磁绕组中通入直流励磁。使定子铁心磁化为N、S相间的四极 磁场。转子不动时，定子齿中的磁通也不随时间变化，故定子输出 绕组中没有感应电势。转子转动后，因定、转子齿的相对位置发生 周期性变化，则使定子齿中的磁通发生脉动，输出绕组中便产生交 变电势。当转子一个齿的轴线与定子某齿的轴线位置一致时，如图 中定子齿2 中定子齿2所示，该定子齿对应有最大的气隙磁导值。而当转子转 过半个齿距后，使转子槽的轴线与上述定子齿的轴线位置一致，该 定子齿就对应有最小的气隙磁导值。以后便以此重复进行。这样定 子输出绕组所匝链的磁通大小也相应发生周期性的变化，在其中便 感应出交流电势。由以上分析可知，每当转子转过— 感应出交流电势。由以上分析可知，每当转子转过—个齿距、输出 绕组的感应电势就变化一个周期．故输出电势的频率应为
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选用导电性能较好的电刷
在励磁回路中串联具有负温度系数的热敏电阻；
直流测速发电机的性能指标
转子静止时转子旋转时
负载阻抗对输出特性的影响
异步测速发电机的输出特性
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X
的变化减小励磁绕组漏阻抗；
异步测速发电机的技术指标：
量。
一般几十毫伏。
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
校正补偿电桥补偿
霍尔效应
霍尔测速发电机原理图霍尔测速发电机接线图
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。
1-放大器；3-负载；
只要放大器放大倍数足够大，便有
作积分运算
=
2 U
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。