微特电机的选用

第五讲测速发电机的选用(1)

宋凯  宋立伟  宋杰(哈尔滨工业大学150001)

    测速发电机是一种将转子速度转换为电气信号的机电式信号元件，是伺服系统中的基本元件之一。作为测速、校正、解算元件，它广泛应用于各种速度和位置控制系统中。根据结构和工作原理，测速发电机可分为直流测速发电机、异步测速发电机和同步测速发电机。因后者使用较少，只针对前两种电机介绍其选用方法。本文介绍的是直流测速发电机的选用方法。

1  对直流测速发电机的要求

    一般，自动控制系统对其元件的要求主要是高的精确度、灵敏度、可靠性等。因此．直流测速发电机在电气性能方面应满足以下要求：

    (1)输出电压和转速成线性关系。

    (2)输出特性的斜率大，即其灵敏度高。

    (3)温度变化对输出特性的影响小。

    (4)输出电压纹波小。

    (5)正、反转的输出特性应一致。

    不难看出，(1)、(3)、(4)、(5)的要求是为了提高测速机的精度。

2直流测速发电机的选择

    直流测速发电机具有输出电压斜率大、没有剩余电压及相位误差、温度补偿容易实现等优点，因此它在自动控制系统中的应用还是很广泛的。

    从直观上看，直流测速发电机只能用于测速。实际上，当初它用于自动控制系统时，有以下三方面的用途：

    (1)作为系统的阻尼元件或校正元件。

    (2)对旋转机械作速度控制。

    (3)实现输入量对时间的积分。

    当作为阻尼元件或测速用时，应首先考虑其输出斜率，即选择静态放大倍数大的直流测速发电机，而对其线性度和纹波电压的要求则放在第二位。

    当作为解算元件或用于恒速控制时，应首先考虑其线性度和纹波电压，即选择精度高或线性误差小、输出电压稳定的直流测速发电机，而对输出斜率的要求则放在第二位。

如确定选择直流测速发电机，则还要在电磁式和永磁式中作选择。永磁式直流测速发电机不需要直流激磁电源，因而使用简单，且无激磁损耗，效率高。电机的重量与体积相对比较小，温度变化对其输出特性影响小。但是它的磁场受机械振动影响比较大，而且磁性随时间而退化。近年，随着新型材料加工工艺的发展，它的技术性能已有很大改善，所以广泛应用于小功率控制检测系统中，在低速伺服系统中，一般应选用永磁式低速直流测速发电机作为速度反馈元件，因为它具有耦合刚度好、灵敏度高、反应快、低速精度高等优点。

3  直流测速发电机的误差及其减少的方法

3．1温度的影响

    直流测速发电机的输出特性为线性条件之一，即激磁磁通为常数。实际上，由于电机周围环境温度的变化以及电机本身的损耗所引起的温度变化都会引起电机绕组电阻的变化。当温度升高时，激磁绕组电阻增大，激磁电流减少，磁通也随之减少，输出电压就降低。反之当温度下降时，输出电压就升高。一般，测速发电机的磁路被设计得比较饱和，因此激磁电流变化所引起的磁通变化不大。但由于绕组电阻随温度变化而变化的量是相当可观的，因此温度变化仍然对输出电压有影响。若要使输出特性很稳定就必须采取措施以减弱温度的影响。一般，可以在激磁回路中串联一个低温度系数的阻值比激磁绕组电阻大几倍的附加电阻稳流。若用负温度系数的合金材料，则效果更佳。对于要求较严格的场合，可以串联热敏电阻并联网络，并使激磁绕组电阻及并联网络电阻两者随温度变化的曲线斜率一致，前者温度系数为正，后者为负。

3．2电枢反应的影响

    电枢反应会使磁路的总磁通变小，而且负载越小或转速越高，负载电流就越大，磁通被削弱得越多。因此在使用直流测速发电机时，转速不得超过规定的****转速，所接负载电阻不得小于给定的电阻值，否则非线性误差将变大。

3．3延迟换向的影响

    换向元件被电刷短路，在换向元件中会产生附加电流，其方向与感应电势的方向一致。此电流产生的磁通对主磁通起去磁作用，其数值大小与转速的平方成正比。因此为改善线性度，一般采取限制转速的措施削弱延迟换向产生的去磁作用。这一点与限制电枢反应去磁作用所采取的措施是一致的。

3．4纹波的影响

    纹波主要是由于电机本身的固有结构及加工误差所引起的。它对于测速机用于阻尼或速度控制都是不利的。因此若要降低输