直流永磁式測速發電機

直流永磁式測速發電機即永磁式直流測速發電機，它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，它屬於直流測速發電機其中的一種，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。 作為測速、校正、解算元件，它被廣泛套用於各種速度和位置控制系統中。直流永磁式測速發電機主要由定子、轉子和電刷部件等組成。它用永久磁鋼激磁，不需要另外加激磁電源，結構簡單。

直流永磁式測速發電機在低速控制系統中被作為反饋元件或穩速元件。它除具有一般測速發電機的優點以外，還具有結構簡單、緊湊，反饋靈敏度高，低速精確度高，輸出斜率大，線性誤差小，可靠性好，壽命長等特點。

基本介紹

• 中文名：直流永磁式測速發電機
• 外文名：MagletDC tachogenator
• 用途：伺服系統、速度和位置控制系統
• 作用：將轉子速度轉換為電氣信號
• 屬性：機電式信號元件
• 主要組成部件：定子、轉子和電刷

簡介

永磁式測速發電機是用於測量機械轉動速度的直流電機。該電機能精確地把輸入參數轉動速度變換成直流電壓，然後顯示其值或將電壓輸入到控制設備中對速度進行控制調節。

直流永磁式測速發電機

製造永磁式直流測速發電機，要求其轉動慣量要小，要有穩定的剛度，良好的防護性能。最重要的是要求發電機轉速——電壓特性曲線在較大的轉速變化範圍內是線性的，而且速度變化必須在瞬間引起電壓變化，即電樞電路時間常數要小，輸出電壓不能含高次諧波。

外界磁場、機械應力、大氣壓變化都會對輸出電壓產生影響，因此要求此類影響儘量要小。發電機反轉或在各種工作周期中輸出電壓也會出現誤差，必須將這些誤差保持在允許範圍內。由於使用環境的變化，溫度會發生波動，而溫度對輸出電壓的影響是無法避免的，必須採取相應的措施把溫度的影響降低到最小程度。

特點

直流永磁式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，它被廣泛套用於各種速度和位置控制系統中。直流永磁式測速發電機主要由定子、轉子和電刷部件等組成。它用永久磁鋼激磁，不需要另外加激磁電源，結構簡單。一般情況下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，永磁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係。

(2)輸出特性的斜率大，即其靈敏度高。

圖1

(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，要求(1)和(3)-(5)是為了提高測速機的精度。

永磁直流測速發電機的輸出特性如圖1所示。從圖中可以看出其輸出電壓V與轉速n成正比，隨著負載電阻R變小，其輸出電壓下降，而且輸出電壓與轉速之間不能嚴格保持線性關係。它的輸出電壓還會隨著溫度的變化而變化。。永磁式直流測速發電機的特點是輸出斜率大，可以直接作為反饋信號。

運行誤差分析

永磁式直流測速發電機運行中誤差的產生主要有四方面原因：溫度的影響，電樞反應的影響，換向延遲的影響以及紋波的影響。除以上四種影響因素外，對於有刷的永磁式直流測速發電機，電刷和換向器之間滑動接觸的不穩定性會使電樞電流產生高頻分量並產生無線電干擾信號。此外，由於電刷沒有嚴格與幾何中性線上的元件相連線，而引起的正反轉特性輕度的不一致，亦可在運行過程中產生誤差。主要介紹溫度，電樞反應，換向延遲，紋波產生的誤差。

圖2

（1）溫度的影響

① 溫度對輸出電壓產生影響是由於永磁式直流發電機用永磁磁鐵作為激勵磁場，溫度變化時磁通量會發生變化，變化的大小因磁性材料的不同而有所差異，常用優質鋁鎳鈷合金作永久磁鐵。這種材料在溫度變化時磁通量變化較小，發電機電動勢 ，因而輸出電壓的變化也較小。經測試，溫度每變化10℃，輸出電壓變化0.3%，而鐵氧體磁鐵卻變化3%。但對於極精密的控制設備，溫度的影響還是不可忽視的，必須要考慮減小以至消除這種影響，所以要考慮永磁式直流發電機磁路的溫度補償。

圖3

② 永磁式直流測速發電機的溫度補償可從磁路結構考慮，增添一個用軟磁材料製作的磁分路。添置磁分路能在0—60℃範圍內作溫度補償。假設磁通量為0.0065～0.01T，用磁分路短路漏磁部分，並從一開始就降低輸出電壓。這種軟磁材料具有負的溫度係數，即溫度增加、磁路變熱時，磁通量減少。同時磁分路磁阻增加，引起磁短路的漏磁通減弱，因此補償了有效磁通量的減少。其溫度補償效果取決於構成磁路的材料、截面面積和磁路結構。

另外，還有一種溫度補償方法，如圖3所示。該方法適合於實驗室對發電機溫度影響的測試。把2台電氣參數相同的永磁式直流發電機A，B相互聯接，並使其轉速一樣，A，B發電機輸出電壓反接，並在A發電機的電路中調節分壓器，平衡時，電流計讀數為零。分壓器採用精密可變電阻，若測試A，B電壓在達到穩定溫度後實現平衡，A發電機因分壓器電流引起的電壓變化由於其高內阻而忽略不計，B發電機升溫時分壓器和A發電機所處的環境溫度保持不變。升溫後的B發電機的輸出電壓變化值為：

式中， ——升溫的B發電機的電壓變化；

——測試開始時B發電機的空載電壓；

——分壓器的固定電阻；

——測試開始時可變電阻值；

——測試過程中可變電阻的變化值。

所有電壓單位為V，電阻單位為Ω。

（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最大轉速，所接負載電阻不得小於給定的電阻值，否則非線性誤差將變大。

（3）換向延遲的影響

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，一般採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採取的措施是一致的。

（4）紋波的影響

紋波電壓，即直流測速電機輸出電壓的交流分量，相應的紋波係數規定為直流測速電機在一定轉速下輸出電壓交流分量的有效值與輸出電壓直流量之比。影響紋波電壓的因素可分為原理眭和工藝性的因素，可以證明，換向是影響直流測速發電機的使用壽命和性能指標，包括輸出電壓脈動的關鍵問題。紋波主要是由於電機本身的固有結構及加工誤差所引起的。它對於測速機在用於阻尼)或速度控制方面都是不利的。因此若要降低輸出電壓的交流分量，可以選用電樞繞組的元件數和換向片數較多的測速機。

套用

永磁式直流測速發電機在低速控制系統中作為反饋元件或作為穩速阻尼元件。它除具有一般永磁直流測速發電機的優點外，還具有結構簡單、緊湊、耦合剛度好、輸出比電勢高，反饋靈敏度高，輸出斜率大、反應快，線性誤差小、低速精確度高，可靠性好、壽命長等特點。因此被廣泛套用於慣性導航的穩定平台、雷達天線驅動系統、陀螺儀實驗台的穩定與跟蹤系統及單晶爐直接驅動低速伺服系統。