微特電機的選用

第五講測速發電機的選用(1)

宋凱  宋立偉  宋杰(哈爾濱工業大學150001)

    測速發電機是一種將轉子速度轉換為電氣信號的機電式信號元件，是伺服系統中的基本元件之一。作為測速、校正、解算元件，它廣泛應用于各種速度和位置控制系統中。根據結構和工作原理，測速發電機可分為直流測速發電機、異步測速發電機和同步測速發電機。因后者使用較少，只針對前兩種電機介紹其選用方法。本文介紹的是直流測速發電機的選用方法。

1  對直流測速發電機的要求

    一般，自動控制系統對其元件的要求主要是高的精確度、靈敏度、可靠性等。因此．直流測速發電機在電氣性能方面應滿足以下要求：

    (1)輸出電壓和轉速成線性關系。

    (2)輸出特性的斜率大，即其靈敏度高。

    (3)溫度變化對輸出特性的影響小。

    (4)輸出電壓紋波小。

    (5)正、反轉的輸出特性應一致。

    不難看出，(1)、(3)、(4)、(5)的要求是為了提高測速機的精度。

2直流測速發電機的選擇

    直流測速發電機具有輸出電壓斜率大、沒有剩余電壓及相位誤差、溫度補償容易實現等優點，因此它在自動控制系統中的應用還是很廣泛的。

    從直觀上看，直流測速發電機只能用于測速。實際上，當初它用于自動控制系統時，有以下三方面的用途：

    (1)作為系統的阻尼元件或校正元件。

    (2)對旋轉機械作速度控制。

    (3)實現輸入量對時間的積分。

    當作為阻尼元件或測速用時，應首先考慮其輸出斜率，即選擇靜態放大倍數大的直流測速發電機，而對其線性度和紋波電壓的要求則放在第二位。

    當作為解算元件或用于恒速控制時，應首先考慮其線性度和紋波電壓，即選擇精度高或線性誤差小、輸出電壓穩定的直流測速發電機，而對輸出斜率的要求則放在第二位。

如確定選擇直流測速發電機，則還要在電磁式和永磁式中作選擇。永磁式直流測速發電機不需要直流激磁電源，因而使用簡單，且無激磁損耗，效率高。電機的重量與體積相對比較小，溫度變化對其輸出特性影響小。但是它的磁場受機械振動影響比較大，而且磁性隨時間而退化。近年，隨著新型材料加工工藝的發展，它的技術性能已有很大改善，所以廣泛應用于小功率控制檢測系統中，在低速伺服系統中，一般應選用永磁式低速直流測速發電機作為速度反饋元件，因為它具有耦合剛度好、靈敏度高、反應快、低速精度高等優點。

3  直流測速發電機的誤差及其減少的方法

3．1溫度的影響

    直流測速發電機的輸出特性為線性條件之一，即激磁磁通為常數。實際上，由于電機周圍環境溫度的變化以及電機本身的損耗所引起的溫度變化都會引起電機繞組電阻的變化。當溫度升高時，激磁繞組電阻增大，激磁電流減少，磁通也隨之減少，輸出電壓就降低。反之當溫度下降時，輸出電壓就升高。一般，測速發電機的磁路被設計得比較飽和，因此激磁電流變化所引起的磁通變化不大。但由于繞組電阻隨溫度變化而變化的量是相當可觀的，因此溫度變化仍然對輸出電壓有影響。若要使輸出特性很穩定就必須采取措施以減弱溫度的影響。一般，可以在激磁回路中串聯一個低溫度系數的阻值比激磁繞組電阻大幾倍的附加電阻穩流。若用負溫度系數的合金材料，則效果更佳。對于要求較嚴格的場合，可以串聯熱敏電阻并聯網絡，并使激磁繞組電阻及并聯網絡電阻兩者隨溫度變化的曲線斜率一致，前者溫度系數為正，后者為負。

3．2電樞反應的影響

    電樞反應會使磁路的總磁通變小，而且負載越小或轉速越高，負載電流就越大，磁通被削弱得越多。因此在使用直流測速發電機時，轉速不得超過規定的****轉速，所接負載電阻不得小于給定的電阻值，否則非線性誤差將變大。

3．3延遲換向的影響

    換向元件被電刷短路，在換向元件中會產生附加電流，其方向與感應電勢的方向一致。此電流產生的磁通對主磁通起去磁作用，其數值大小與轉速的平方成正比。因此為改善線性度，一般采取限制轉速的措施削弱延遲換向產生的去磁作用。這一點與限制電樞反應去磁作用所采取的措施是一致的。

3．4紋波的影響

    紋波主要是由于電機本身的固有結構及加工誤差所引起的。它對于測速機用于阻尼或速度控制都是不利的。因此若要降低輸