第二章测速发电机

测速发电机的工作原理
1.测速原理：流体通过装置时，会带动装置旋转，同时间隙上面开有
触头，而在这个装置上旋转的转子采用磁钢做产生磁场，触头与转子表面
上的磁场穿过铁芯引线产生感应电动势。

2.法拉第电磁感应定律：根据法拉第电磁感应定律，当导体相对于磁
场发生运动时，磁场中的磁感线将穿过导体，从而在导体上引起电势差。

当与导体相连的电阻接通时，将产生电流。

3.贴近斯密斯效应原理：当流体通过测速发电机时，将带动转子旋转。

转子上的励磁磁场由磁钢提供。

当流体通过转子的旋转，磁感线将穿过转
子上的铁芯，从而在铁芯内产生感应电动势。

同时，为了使转子旋转更为
顺畅，常常在环形的转子上放置一些电刷，把通过铁芯产生的感应电动势
剥离出来，形成短路电流。

4.电流产生：出于测速发电机的负载特性需要，通常在电刷处放置一
组分流电阻。

当感应电动势的大小超过了分流电阻的电压降，剩余的电势
差将用于驱动负载电压。

因此，负载电压的大小主要取决于流体流速和负
载电阻。

需要注意的是，测速发电机的转子和外转子发电机相比相对较为复杂，因为它需要通过电刷将感应电动势输出到外部负载。

此外，流体流速越快，产生的电流也就越大，最大电流取决于流体流速的限制。

测速发电机的工作原理
测速发电机的主要工作原理是基于旋转磁通产生的感应电动势，通过转子上的电刷将这一电动势收集利用。

与同步发电机相同的是，测速发电机的转子同样由磁极、绕组等元件组成，通过交流磁通的作用，引起定子中的感应电动势产生。

不同之处在于，测速发电机通常采用使用同步带、齿轮或其他传动装置与被测设备相连，以便准确测量其转速。

同时，将测得的转速信号输入到电子控制器中，利用独立的电路控制测速发电机输出的频率，以确保其与稳定的电网相匹配。

除此之外，测速发电机还需要特别设计的转子电刷，以确保其具有高度的耐磨性和稳定性。

同时，其输出电流也需要一定程度的过载能力，以适应各种应用场景中的特定负载要求。

在实际应用中，测速发电机可以用于测量各种类型的旋转机械设备，包括发动机、轴承、齿轮等，从而提供实时的数据反馈，并产生可靠的电能供应。

在现代自动化生产线、航空航天、船舶、铁路等领域广泛应用，为保证设备安全、提高生产效率提供了重要保障。

第二章直流测速发电机1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。

由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A 始终与处在N 极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。

2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B 电刷的极性如何?答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a, S极下导体cd中电势由d指向c。

电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B 与线圈的d 端相接触,故此时A 电刷为正, B 电刷为负。

当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下,这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反, 于是线圈电势的方向也变为由a 到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。

3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组（见图2 - 3）的电刷放在磁极轴线上? P9-104. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。

而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL 正比于单位时间内换向元件电流的变化量。

基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL x n2。

同样可以证明ea x n2。

因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。

第二章直流测速发电机Chapter two DC Tachogenerator 2.1 直流电机基本结构和工作原理（The Structure and Principle of a DC Machine）直流发电机工作原理直流电动机工作原理2.2 直流电机的电势和电磁转矩（EMF and MMF of DC machine）电势：n a pN n C E e a φφ60== 电磁转矩：a a T I apN I C T φπφ2== 磁场分布和电刷电势图2 - 13 直流电机磁路 图2 - 14 气隙中磁通密度分布图()()lv B e θθ=图 2 - 2 磁场分布和电刷电势2.3 直流测速发电机(DC Tachogenerator )PRINCIPLE OF OPERATION :The DC Tachogenerator is a speed transducer, which develops DC voltage proportional to speed of the motor connected to it. Permanent Magnetic field eliminates the need of external excitation and offers extremely reliable and stable outputs. The accuracy of the tachogenerator decides the maximum accuracy of speed of the controlled machine. They are widely used for feedback and display purposes.直流测速发电机及其输出特性1) 对直流测速发电机要求：（1）输出电压与转子转速之间的关系（称为输出特性）应为线形，如图2-17；图2-17 测速发电机的理想输出特性（2）输出特性的斜率要大；（3）温度变化对输出特性的影响要小；（4）输出电压的纹波要小；（5）正、反转两个方向的输出特性要一致。

测速发电机的工作原理
测速发电机是一种利用流体或气流的动力来产生电能的装置。

它的工作原理基于法拉第与塞科姆定律和电磁感应原理。

当测速发电机暴露在流体或气流中时，流体或气流的运动会导致测速发电机叶轮转动。

测速发电机叶轮的转动会带动与之相连的轴，轴上装有磁铁。

同时，测速发电机中还有与轴相对应的线圈。

当叶轮转动时，磁铁的磁场也会随之改变，这会导致线圈中的磁通量发生变化。

根据法拉第与塞科姆定律，磁通量的变化会引起线圈中的感应电动势。

由于感应电动势的存在，测速发电机的线圈中就会产生电流。

测速发电机能够将流体或气流的动能转化为电能的原因在于电磁感应的作用。

流体或气流的动力通过叶轮传递给磁铁和线圈，在此过程中，动能被转换为电能。

通过接入外部电路，测速发电机产生的电能可以直接供给外部设备使用，完成相应的工作。

测速发电机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解测速发电机的工作原理，掌握其构造、分类及特点。

2. 学生能掌握测速发电机在工程实践中的应用，了解其性能参数对系统性能的影响。

3. 学生了解测速发电机与其他类型发电机的区别，明确其适用范围。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并解决实际工程中与测速发电机相关的问题。

2. 学生能通过实际操作，掌握测速发电机的安装、调试及维护方法。

3. 学生能运用图表、数据等工具，对测速发电机的性能进行评估。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对测速发电机及相关工程技术领域的兴趣，激发学生的求知欲。

2. 培养学生具备团队协作精神，能够在实际操作中互相帮助，共同完成任务。

3. 增强学生对我国工程技术发展的自豪感，激发学生为我国科技创新贡献力量的责任感。

课程性质：本课程为理论与实际操作相结合的课程，旨在帮助学生掌握测速发电机的基本原理、性能与应用。

学生特点：学生具备一定的物理、电学基础知识，对实际操作有较高的兴趣。

教学要求：结合理论教学与实际操作，注重培养学生的动手能力、分析解决问题能力以及团队协作能力。

在教学过程中，关注学生的个体差异，鼓励学生积极参与，充分调动学生的学习积极性。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程的学习打下坚实基础。

二、教学内容1. 测速发电机基本原理：介绍法拉第电磁感应定律，阐述测速发电机工作原理及其与转速的关系。

相关教材章节：第二章第三节2. 测速发电机的构造与分类：分析测速发电机的结构特点，介绍常见类型及其适用场合。

相关教材章节：第二章第四节3. 测速发电机性能参数：讲解测速发电机的关键性能参数，如转速、电压、频率等，并分析其对系统性能的影响。

相关教材章节：第三章第一节4. 测速发电机的应用：介绍测速发电机在工程实践中的应用，如速度检测、位置控制等。

相关教材章节：第三章第二节5. 测速发电机的安装与调试：讲解测速发电机的安装方法、注意事项以及调试步骤。

课后思考题2.1转速单环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？答：1）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。

为此，所需付出的代价是需增设电压放大器以及检测与反馈装置。

2）能。

因为)1()1(*k C RI k C U k k n e de ns p +-+=，由公式可以看出，当其它量均不变化时，n 随着*n U 的变化而变化3）能。

因为转速和反馈电压比有关。

4）不，因为反馈控制系统只对反馈环所包围的前向通道上的扰动起抑制作用 ，而测速机励磁不是。

2.2为什么用积分控制的调速系统是无静差的?在转速负反馈调速系统中,当积分调节器的输入偏差电压0=∆U 时,调节器的输出电压是多少?它取决于那些因素?答： 使用积分控制时可以借助积分作用，使反馈电压n U 与给定电压*n U 相等，即使n U ∆为零C U 一样有输出，不再需要n U ∆来维持C U ，由此即可使输出稳定于给定值使调速系统无静差。

当0=∆n U 时调节器的输出为电压C U ，是对之前时刻的输入偏差的积累。

它取决于n U ∆的过去变化，当n U ∆为正C U 增加，当n U ∆为负C U 下降，当n U ∆为零时C U 不变。

2.3在无静差转速单闭环调速系统中,转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响?试说明理由;答： 在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度同样受给定电源和测速发电机精度的影响。

无静差转速单闭环调速系统只是消除了误差，使输出的转速基本稳定于给定的转速。

但是，这种系统依然属于反馈控制系统，只能抑制被反馈环包围的前向通道上的扰动，对于其他环节上的精度影响无可奈何。

2.4在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时，系统是否有调节作用，为什么？（１）放大器的放大倍数Ｋｐ （２）供电电网电压 （３）电枢电阻Ｒａ（４）电动机励磁电流 （５）电压反馈系数a答：3）电枢电阻，４）电动机励磁电流，（５）电压反馈系数a 无调节作用。