測速發電機

測速發電機是輸出電動勢與轉速成比例的微特電機。測速發電機的繞組和磁路經精確設計，其輸出電動勢E和轉速n成線性關係，即E=Kn，K是常數。改變旋轉方向時輸出電動勢的極性即相應改變。在被測機構與測速發電機同軸聯接時，只要檢測出輸出電動勢，就能獲得被測機構的轉速，故又稱速度感測器。

基本介紹

• 中文名：測速發電機
• 外文名：speed-voltage generator 
• 學科：機電工程
• 別稱：速度感測器
• 分類：直流、交流測速發電機
• 特點：輸出電動勢與轉速成比例

介紹

測速發電機輸出的信號(電壓值或頻率)與轉速成正比例關係， 某些測速發電機的輸出信號還能反映轉向。測速發電機廣泛用於各種速度或位置控制系統，在自動控制系統中作為檢測速度的元件，以調節電動機轉速或通過反饋來提高系統穩定性和精度; 在解算裝置中可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號用， 或用來測量各種運動機械在擺動或轉動以及直線運動時的速度。

測速發電機廣泛用於各種速度或位置控制系統。在自動控制系統中作為檢測速度的元件，以調節電動機轉速或通過反饋來提高系統穩定性和精度；在解算裝置中可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號用或用來測量各種運動機械在擺動或轉動以及直線運動時的速度。測速發電機分為直流和交流兩種。

直流測速發電機

直流測速發電機有永磁式和電磁式兩種。其結構與直流發電機相近。永磁式採用高性能永久磁鋼勵磁，受溫度變化的影響較小,輸出變化小，斜率高,線性誤差小。這種電機在80年代因新型永磁材料的出現而發展較快。電磁式採用他勵式，不僅複雜且因勵磁受電源、環境等因素的影響，輸出電壓變化較大，用得不多。

用永磁材料製成的直流測速發電機還分有限轉角測速發電機和直線測速發電機。它們分別用於測量旋轉或直線運動速度，其性能要求與直流測速發電機相近，但結構有些差別。

結構

直流測速發電機 採用直流電機結構的測速發電機，其輸出直流電壓的大小正比於轉速，極性與轉向有關。直流測速發電機按勵磁方式可分為電磁式和永磁式。按電樞結構不同可分為有槽電樞、無槽電樞、空心電樞和圓盤式印製繞組電樞。電磁式採用他勵式，不僅複雜而且輸出電壓變化較大，用得不多。永磁式的定子用高性能永久磁鋼構成，輸出電壓變化小，受溫度變化的影響小，線性誤差小，輸出斜率(在規定條件下，單位轉速產生的輸出電壓)高。永磁式測速發電機在20世紀80年代因新型永磁材料的出現而發展較快。永磁式有槽電樞的直流測速發電機套用較多。永磁式低速直流測速發電機的工作轉速可低達每分鐘十轉或數百轉以下，或有較高的輸出斜率。無刷直流測速發電機是沒有電刷和換向器結構， 由電機和電子電路結合的測速發電機。

原理

直流測速發電機的工作原理與直流發電機相同。在恆定磁場下，旋轉的電樞導體切割磁通，就會在電刷間產生感應電動勢。空載時，電機的輸出電壓與轉速成正比。負載時，由於負載電阻、電樞電阻和電刷接觸電阻引起的電壓降，溫度變化、磁極和電樞的磁滯及渦流的影響，電樞反應、齒槽效應以及換向過程對感應電動勢瞬時值的影響等，使電機輸出特性[輸出電壓U與轉速n的關係， 即U=f(n)]的線性度變差；電刷與換向器的接觸壓降導致產生不靈敏區。

特點

直流測速發電機的主要優點是：輸出為零時，無剩餘電壓;輸出斜率大，負載電阻較小;溫度補償較容易。主要缺點是：由於有電刷和換向器，構造和維護比較複雜，摩擦轉矩較大;輸出電壓有紋波;正反轉輸出電壓不對稱; 對無線電有干擾。

交流測速發電機

交流測速電機分異步與同步測速電機兩種。

異步測速發電機

異步測速發電機輸出交流電壓頻率與勵磁頻率相同，其幅值與轉子轉速成正比的交流測速發電機。異步測速發電機的結構和普通兩相籠型感應電動機相同， 定子上互差90°的兩相繞組中， 一相為勵磁繞組，接在50 Hz或400 Hz的交流電源上，另一相輸出轉速信號。當轉子堵轉時，定子勵磁繞組在轉子多相對稱繞組中只產生變壓器電動勢， 於是轉子磁通勢和定子磁通勢方向相反，起去磁作用，與這兩個磁通勢垂直的輸出繞組中不產生電動勢。當轉子轉動後，籠型繞組中除產生變壓器電動勢外還將產生切割電動勢。由切割電動勢產生的磁通勢具有交軸的性質， 它交鏈輸出繞組並在其中產生和轉速成正比的信號電壓。信號電壓的頻率和電源電壓的相同， 信號電壓對電源電壓的相位差隨旋轉方向改變， 所以很適於和交流伺服電動機配套使用。籠型轉子異步測速發電機的結構簡單，可靠性高，輸出斜率大;但線性度差，相位誤差大，剩餘電壓高。為了提高異步測速發電機的精度，套用較廣的是杯形轉子異步測速發電機。這種電機的轉子是一個薄殼非磁性圓環， 由電阻率較高的矽錳青銅或錫鋅青銅製成，杯的內外由內定子和外定子構成磁路，杯壁也不是鐵磁材料。為了減小氣隙，杯壁必須較薄，約為0.2～0.3 mm。

阻尼型測速發電機是具有較高的堵轉理論加速度值和較低的零速輸出電壓 (轉速等於零時輸出繞組兩端產生的電壓為零速輸出電壓，它是轉子位置的函式)的異步測速發電機。比率型測速發電機是速敏輸出電壓(輸出電壓中為速度函式的基波輸出電壓分量。它在數值上等於在相同轉速和試驗條件下， 按兩個旋轉方向所測得的基波輸出電壓之和的1/2) 對零速輸出之比較高，轉子轉動慣量較低，整個速度範圍內輸出電壓線性度較高的異步測速發電機。積分型測速發電機是輸出電壓隨溫度變化偏差小、加熱時間短的異步測速發電機， 通常具有溫度控制和補償網路。

異步測速發電機的勵磁繞組中如果通以直流， 直軸磁通就將不再脈振而變成恆定磁通。當轉速恆定時，由切割電動勢產生的交軸磁通亦將恆定不變， 所以輸出繞組中不產生電動勢。當轉速發生變化時，交軸磁通的大小將隨著轉速的變化而變化， 它交鏈輸出繞組並在其中產生和轉子加速度成正比的電動勢， 所以向異步測速發電機的勵磁繞組中送入直流， 就成為一個加速度檢測器。

同步測速發電機

同步測速發電機 採用同步電機結構， 輸出交流電壓的幅值和頻率均與轉速成正比的測速發電機。同步測速發電機又分為永磁式、感應子式和脈衝式。永磁式不需要勵磁電源，轉子為永磁勵磁，具有結構簡單易於維修的優點，但極數比較少，用二極體整流後紋波比較大，濾波比較困難。感應子式按定、轉子之間可變磁阻效應產生感應電動勢原理工作，極數比較多，整流後紋波比較小且便於濾波，但結構複雜維修困難。以上兩種測速發電機既可用輸出電壓的幅值去反映轉速，也可用輸出電壓的頻率去代表轉速。前者是模擬量，需要整流和濾波;後者是數字量，可以直接輸入微處理機。如果將幅值和頻率合起來使用，就有可能實現高靈敏度的轉速檢測，但不能判別旋轉方向，這一點不如直流測速發電機。脈衝式以脈衝頻率作為輸出信號，可以直接輸入微處理機， 是測速碼盤中每轉發出脈衝數較少的一種。由於其結構簡單，堅固耐用，可以判別旋轉方向，20世紀90年代後期隨著數位技術的發展被廣泛套用。