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-交流异步测速发电机的定子由内定子和外定子两部分构成

  测速发电机可以将机械转速转换为相应的电压信号,在自动控制系统中常用作测量转速的信号元件。

  自动控制系统对测速发电机的主要要求是:

  1.输出电压与速度保持严格的线性关系,且不随外界条件的改变而变化;

  2.剩余电压(转速为零时的电压)小;

  3.输出电压对转速的变化反应灵敏,测速发电机输出特性的斜率要大;

  4.惯性小、反应快、使用可靠。

  按照测速发电机输出信号的不同,可分为直流测速发电机和交流测速发电机两大类。

  一、直流测速发电机

  (一)结构

  直流测速发电机的结构与小型普通直流发电机的结构相同,按励磁方式的不同,直流测速发电机可分为他励电磁式和永磁式两种。

  他励电磁式直流测速发电机的磁极由励磁绕组构成,由于工作时励磁绕组发热会引起励磁绕组电阻的变化,从而引起励磁电流的变化,会造成一定的测量误差。

  永磁式直流测速发电机的磁极由永久磁铁构成,结构简单,受温度变化引起的误差也小,应用广泛。

  (二)工作原理

  直流测速发电机的工作原理图如图4-9所示。若发电机TG内部磁场恒定,当被测机械拖动发电机以转速n旋转,电刷两端产生的空载感应电动势E0为:E0=CeФn。

  图4-9 直流测速发电机工作原理图     图4-10 直流测速发电机实际输出特性

  当直流测速发电机空载运行时,空载感应电动势与转速成正比,电动势的极性与转速的方向有关。由于空载时的输出电压就是空载感应电动势,所以输出电压与转速成正比。

  如果接入负载电阻RL,则负载电流会引起电枢电阻压降和电刷与换向器之间的接触压降。如不考虑电枢反应对磁场的影响,则输出电压为:

  式中,Ra为电枢电阻;ΔU为电刷与换向器之间的接触压降。

  在图4-10中,给出了直流测速发电机的输出特性,其中曲线1是没有接触压降时的输出特性,曲线2是有接触压降时的输出特性,曲线3为实际情况下输出特性。从图中可以看出,当考虑发电机的接触压降时,发电机的转速小于某一个值(Δn)时,发电机的输出电压为0,发电机输出电压为0的这一段区间称为失灵区或无信号区。

  二、交流测速发电机

  交流测速发电机有异步式和同步式两种。

  (一)结构

  交流异步测速发电机的结构与交流伺服电动机的结构相似,也有笼型转子和杯形转子两种。为了提高系统的快速性和灵敏度,减小转动惯量,杯形转子异步测速发电机的应用最为广泛。

  杯型转子是一个薄壁非磁性杯,为了使测速发电机输出特性的线性度好,性能稳定,要求它的转子电阻比伺服电动机的转子电阻更大一些,通常采用电阻率大、湿度系数小的硅锰青铜或锡锌青铜制成,杯壁厚为0.2~0.3mm。

  交流异步测速发电机的定子由内定子和外定子两部分构成,在定子上嵌放有空间位置上相差90º电角度的两相绕组,一相绕组作为励磁绕组,另一相绕组作为输出绕组。在机座号较小的测速发电机中,两相绕组均嵌放在内定子上;而机座号在36号(外径36mm)以上测速发电机中,励磁绕组嵌放在外定子上,输出绕组嵌放在内定子上,以便调整两相绕组的相对位置,使剩余电压最小。

  (二)工作原理

  交流测速发电机工作原理图如图4-11所示。励磁绕组N1接频率为f1的恒定单相交流励磁电压U( .)1,输出绕组N2则输出与转速大小成正比的电压信号U( .)2。由于励磁绕组中有单相交流电流过,会在发电机内部产生一个直轴(d轴)脉振磁场。

  当转子不动时,励磁绕组产生的脉振磁场只能在转子中感应出变压器电动势,d轴的左、右两边变压器电动势的方向相反,由于转子是短路的,变压器电动势会在转子中产生电流,电流的方向与电动势的方向相同。由楞次定律知,转子电流产生的磁通Φ( .)rd与励磁绕组产生的磁通方向相反,所以合成磁通Φ( .)d的方向仍沿d轴方向,如图4-11a所示。由于输出绕组的轴线与d轴垂直,没有电磁耦合关系,输出绕组中的电压为0。

  当转子转动时,转子中除了感应出变压器电动势外,还会由于转子切割直轴磁通Φ( .)d产生一个旋转电动势E( .)rq,其方向由给定的转子转向,用右手定则判断,其有效值为:

  式中,Cq为比例常数。

  图4-11 交流测速发电机的工作原理图

  a)转子不动时;b)转子转动时

  在旋转电动势E( .)rq的作用下,转子绕组中将产生交流电流I( .)rq,由于杯形转子电阻很大,远大于转子电抗,可以认为E( .)rq和I( .)rq基本同相。I( .)rq会在发电机内部产生一个交变的交轴(q轴)磁通Φ( .)q,Φ( .)q的大小与I( .)rq和E( .)rq的大小成正比,即有

  式中,C1为比例常数

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