k
' L
Ce0 R 1 a RL
ks
kL n
'
kk
0
kL
'
' i L
U a0
Ce0 n kL 'n U a0 U a Ra U a 1 U a0 RL
1 ks
'
n RL
kL n
1 R 1 L ks n
fc n 60 m2 P
r/min


3. M/T法检测
T g为规定的检测时间。 T g之后传感器的第1个脉冲终止时钟 脉冲计数。实际检测时间T由时钟脉冲数 m1 确定。m为检 2
测时间T内传感器脉冲个数，没有误差。 m2可求出转速n。 由 m1 、


5.3 输出特性的误差分析
线性特性是希望的理想情况。 实际的测速发电机一定存在误差 。 产生误差的原因：运行中的测速发电机磁极磁通、气隙磁 通、电枢回路电阻Ra和负载电阻RL等不能保持恒定不变，都会 使输出特性产生非线性。
一、电枢反应
电枢反应对气隙合成磁场的两个影响： 1.使气隙磁场的物理中性面顺着直流发电机的旋转方向 偏转。 2. 由于磁路接近于饱和，因此有去磁效应，使输出电 压减小 。输出特性向下弯曲。

' U ' Ua Ea I a Ra U b Ce n a Ra U b RL
' U a U a U a
KL 1 U b U b R Ce 1 a RL



输出特性曲线 常值接触压降使输出特 性曲线向下平移。

同时考虑电枢反应、延 迟换向去磁、不灵敏区 和接触压降后，实际输出特性如实线2所示。

降低接触压降，缩小不灵敏区：采用特殊电刷，电 刷接触表面镀银，镀金。


四、纹波 纹波主要是由电机本身的固有结构及加工误差引起 的。 U max U min 纹波的大小用纹波系数衡量 ： k 100% U max U min 电机绕组数目与纹波的关系： 绕组元件数越多（或换向片数 越多），则电势波动的频率越




三、电刷与换向器的接触电阻与接触电压 电刷与换向器之间的电阻称为接触电阻，数值不确 定。当转速较低，电流较小时，接触电阻较大，测速 发电机的输出电压很小，形成不灵敏区 。 接触电阻上的压降 U b称为接触压降。当转速较高， 电枢电流较大时，接触压降为常数。
m1 r/min 内测得的脉冲数为 m1，则转速n为 n 60 PTg


二、T法测速
由传感器两个脉冲相隔的时间T来确定转速。 用频率为 f c 的时钟脉冲向计数器发送脉冲。用传感器两个 相邻脉冲控制计数的起始和终止。设计数器在T时间内读到 的时钟脉冲个数是 m2 ，则 T m2 / f c (s)，T时间内转动1/P 转，故转速为


二 作为转速阻尼元件
使系统机械惯性引起的震荡受到阻尼，改变统的动态性能。
5.2异步测速发电机
结构：鼠笼转子和杯形转子 杯形转子精度高，应用广。
空心杯转子测速发电机的转子是一个薄壁非磁性空心 杯。定子上嵌有在空间相差90°电角的两相绕组（激磁绕 组和输出绕组）。 通常为四极电机。


二、工作原理
激磁绕组 W1 加交流电压激磁，产 生脉振磁通 1 ，与 W1 轴线一致， 为直轴方向。
× × × × × ×
Er
转子不动时，直轴脉振磁通在转子中感应出变压器电势。
气隙中的磁通是直轴磁通，与输出绕组没有相交，输出绕组 中感应电势和输出电压为零。 转子转动，转子切割直轴磁通产生旋转电势。频率同 激磁电压f，大小为 E C n
化。


5.3 由位移传感器的脉冲信号求转速
以光电增量码盘为代表的角位移传感器的输出信号是方 波脉冲信号，脉冲的个数与角位移成正比。由此类脉冲信 号求速度有下述三种方法。
一、M法测速
由规定的检测时间内传感器的脉冲数 m1计算速度。 设传感器每转产生的脉冲数为P，在检测时间段 Tg （s）

第五章 测速发电机
测速元件主要指测速发电机 直流测速发电机 测速发电机 交流测速发电机
TG TG
输出直流电信号 输出交流电信号
TG 直流测速 发电机
～
交流测速发 电机
TG
永磁式直流测速发电机 电磁式直流测速发电机
﹋


m2 T fc
60m1 60 f c m1 n PT Pm2

转速升高，负载电阻变小，都使输出电压误差增大。 测速发电机的技术条件中都注明最高转速和最小负载 电阻值，以防超差。


二、延迟换向去磁

换向元件中存在电势和电流，方 向与换向前的电流相同。产生的 磁通与主磁通方向相反，起去磁 作用，称为延迟换向去磁。 换向元件的电流及其去磁磁通与转速的平方成正 比，它们往往是输出特性曲线高速部分产生弯曲现 象的主要原因。高精度直流测速机的转速上限主要 是受到延迟换向去磁效应的限制。

高，幅值越小。




五、火花和电磁干扰
换向器和电刷间经常发生电火花，使输出电压上有 高频尖脉冲，并带来无线电频率的噪音和干扰。为 了减轻和消除输出电压上的高频毛刺，一般都要在 直流测速发电机的输出端接上低通滤波电路。
1 Cs R 1 Cs
T1很小，若果很大，会影响被测装置的运行
感应电势的大小与转速成正比，电势的方向由转速的方 向所决定。


二、空载输出特性
I a 0, d I a /d t 0
U a Ea Ce n K e
T1 T0
三、负载时的静态特性


与直流测速发电机相比，交流测速发电机优点是
（1）没有电刷和换向器，构造简单，维护容易，运行
可靠； （2）无滑动接触，输出特性稳定，精度高； （3）摩擦力矩小，惯性小；（无刷，空心杯） （4）不产生干扰火花。
缺点是
（1）存在剩余电压和相位误差； （2）输出斜率小； （3）输出特性随负载性质（电阻，电容，电感）变
Ke K Ra 1 RL
' L
' U a (s) KL G(s) ( s) Ts 1
La T Ra RL
考虑电流的变化和电枢电感，直流测速发电机是一个非周期
环节即惯性环节。不过，当l/T 远大于系统的带宽时，测速发 电机仍可看成是转速的比例环节。 动态特性是指输入一个阶跃转速时，输出信号电压随时间 变化的规律
Tem 0
Ce Ra 1 RL
d I a /d t 0 Ce Ke Ua n KLn R R 1 a 1 a RL RL
KL
K L 输出斜率或灵敏度 输出电压与转速是线性关系。
负载电阻不能太小


四、负载时的动态特性



分类：永磁式：磁场变化小，稳定。 电磁式：磁场随电阻的改变而改变，不稳定。 转子、定子及电刷和换向器组成。电枢绕组在转子上。磁极 在定子上，一般采用永磁体作磁极。 对直流测速发电机的主要要求是： (l）输出电压要与转速成线性关系，且正反转时特性一致； (2）输出特性的灵敏度高，即要求电压变化大，斜率大； (3）输出电压的纹波小，即转速稳定，用波纹系数来表示。 (4）电机的惯量小，以保证电机响应速度快。 此外，还要求高频干扰小，噪音小，工作可靠，以及结 构简单，体积小和重量轻等。
U 0 ( s) U 1 (s)

1 RCs 1


温度变化也会引起电枢绕组电阻的变化，并
引起电枢绕组电流的变化


5.4 直流测速发电机的应用
一 作为反馈元件
恒速控制系统原理图 将转速测出，其输出电压 U m 反馈到放大器输入端，与给定 电压比较
5.1直流测速发电机
直流测速发电机是一种把机械转速变换成电压信号的测 量元件，实际上从原理上看，它就是一台微型的直流发电 机，它的主要目的不是实现机电能量转换，只是把转速变 换为电压信号，作为测量元件 直流测速发电机除了控制系统中作为测速元件之外，还 能当做阻尼元件以及解算装置中的微分元件和积分元件。 直流测速发电机是控制系统中的一个重要测量转换元 件。另外作为校正元件用于改善系统品质，作为反馈元件 用于速度反馈。
r 2 1


电势 E r 在转子杯中产生短路电流 I 2 ，频率为f ，大小 正比于 E r 和转速。产生的磁通 2 频率为f ，方向为交轴 方向，大小与电流 I 2 和转速成正比。该磁通在输出绕组中 感应出频率为f 的变压器电势，大小为 E 2 C32 C4 n 异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小正 比于转速。 转向改变时输出电势的相位 也跟着改变。 异步测速发电机的输出电势的频率就是激磁频率，大小正 比于转速。 转向改变时输出电势的相位 也跟着改变。




5.2基本关系式与输出特性
一、基本关系式 基本关系式与发电机相似。
d Ia Ea Ra I a La Ua dt
Ea Ra I a U a
U a RL I a
Ea Ce n K e
T1 T0 Tem