4.1　测速发电机概述

4.1.1　测速发电机的用途

测速发电机是一种测量转速的电磁装置。它能把输入的机械转速变换为电压信号输出。这就要求输出电压 U ₂ 与转速 n 成正比关系，如图4-1所示。其输出电压也可用下式表示：

U ₂ = Kn

或

式中 ω ——测速发电机的角速度；

θ ——测速发电机转子的转角（角位移）；

K ， K' ——比例系数。

由上式可知，测速发电机的输出电压正比于转子转角对时间的微分。因此，在解算装置中也可以把它作为微分或积分元件。

实际应用中，测速发电机广泛用于各种速度控制系统中。例如，用于速度负反馈系统，以便实现对系统速度的实时检测与自动调节；或用作阻尼元件，利用所产生的反馈信号来提高系统跟踪的稳定性和精度；在解算装置中可用作微分或积分元件等。此外，在有些场合，还可以直接用作速度计，用来测量各种运动机械在转动、摆动或直线运动时的速度。

测速发电机主要分为交流和直流两大类。其中，交流测速发电机按工作原理可分为同步和异步（又称感应）两种；直流测速发电机按励磁方式可分为电磁式和永磁式两种。

4.1.2　自动控制系统对测速发电机的要求

在自动控制系统和计算装置中通常作为测速元件、校正元件、解算元件和角加速度信号元件等。自动控制系统对测速发电机的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等，具体为：

①输出电压与转速保持良好的线性关系；

②剩余电压（转速为零时的输出电压）要小；

③输出电压的极性和相位能反映被测对象的转向；

④正反转两个方向的输出特性要一致；

⑤温度变化对输出特性的影响小；

⑥输出电压的斜率大，即转速变化所引起的输出电压的变化要大；

⑦摩擦转矩和惯性要小，以保证反应迅速。

此外，还要求它的体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通信的干扰小、噪声小等。

对于直流测速发电机还要求在一定转速下输出电压交流分量小，无线电干扰小；对于交流测速发电机还要求在工作转速变化范围内输出电压相位变化小。

在实际应用中，不同的自动控制系统对测速发电机的性能要求各有所侧重。例如作解算元件时，对线性误差、温度误差和剩余电压等都要求较高，一般允许在千分之几到万分之几的范围内，但对输出电压的斜率要求却不高；作较正元件时，对线性误差等精度指标的要求不高，而要求输出电压的斜率要大。

4.1.3　直流测速发电机的分类

直流测速发电机是一种微型直流发电机，它的定子、转子结构均和直流伺服电动机基本相同。若按定子磁极的励磁方式来分，直流测速发电机可以分为电磁式和永磁式两大类。

电磁式直流测速发电机的励磁方式通常为他励式；永磁式直流测速发电机不需要另加励磁电源，也不存在因励磁绕组温度变化而引起的特性变化，因此，永磁式直流测速发电机被广泛采用。

为满足控制的要求，有一些直流测速发电机采用了无槽电枢或盘形电枢等特殊结构，以减小转动惯量、提高性能。与交流测速发电机相比，直流测速发电机突出的优点是灵敏度高、线性误差小。缺点是结构复杂，存在不灵敏区，这是电刷和换向器的存在而引起的。