变频调速系统的交流测速发电机

    交流测速发电机分同步式和异步式两种，同步测速发电机又可分为永磁式、异步式和脉冲式3种。永磁式交流测速发电机实质上就是一台单相永磁转子同步发电机。异步式测速发电机的结构和两相交流伺服电动机类似。现以异步式测速发电机为例，介绍其工作原理。    异步式测速发电机的定子上装有两个绕组：一个称为励磁绕组，外加稳频稳压的交流电源励磁；另一个称为输出绕组，其两端的电压即为测速发电机的输出电压。定子的两个绕组的轴线互相垂直，在空间上相隔90°，其原理如图3-25所示。它的转子一般为杯形转子，通常是由铝合金制成的空心薄壁圆筒。此外，为了减小磁场的磁阻，在空心杯形转子内放置有固定的内定子。在分析电路时，空心杯形转子可视为由无数并联的导体条组成，与鼠笼转子一样。    测速发电机在静止时，将励磁绕组接到交流电源上，交流励磁电压U1为一定值，便有电流通过励磁绕组。此时在励磁绕组的轴线方向上产生一个交变脉动磁通，其幅值设为Φ1。由于磁通与输出绕组的轴线垂直，它与直轴磁通没有匝链，故输出绕组中并无感应电动势，输出电压为零。    当测速发电机由被测转动轴驱动而旋转时，转子切割直轴磁通Φ1，并在转子中产生感应电动势Er。由于转子绕组短路，感应电动势Er就在转子绕组中产生短路电流Ir，该电流也是与励磁电源同频率的交流电，输出绕组则有电压U2输出。输出电压U2和励磁电压U1的频率相同，U2的大小和测速发电机的转速n成正比。通常测速发电机和电动机同轴相连，通过测速发电机的输出电压就可测量或调节电动机的转速。测速发电机的主要特性是输出电压为其转速的线性函数，其原理如下所述。    当测速发电机旋转时，在励磁绕组轴线方向上的脉动磁场为Φ1，如图3-26所示。由U1=4.44f1N1Φ1可知，Φ1正比于U1。
    图3-25    交流测速发电机原理图（静止时）
    图3-26    交流测速发电机原理图    空心杯形转子在旋转时切割磁力线，而在转子中感应出电动势Er和相应的转子电流Ir，转子中的电动势Er和电流Ir与定子磁通Φ1及转速n成正比，即    Ir∝Er∝Φ1×n    (3-2)    同样转子电流Ir产生磁通Φ1，两者也成正比，即    Φr∝Ir    (3-3)    转子电流Ir产生的磁通Φr与输出绕组的轴线一致，因此在其中感应出电动势，两端就有一个输出电压U2正比于Φr。根据上述关系即得出    U2∝Φ1×n∝U1×n    (3-4)    上式表明，当励磁绕组加上电源电压U1，测速发电机以转速n转动时，它的输出绕组就产生输出电压U2，U2的大小与转速n成正比。当转动方向改变时，U2的相位也改变180°。如果转子不动，输出电压为零，这样就把转速信号转换成电压信号。    实际上交流测速发电机没有像上面所述的那样理想，存在着一定的线性误差，主要由于Φ1并非常数。因为励磁绕组与空心杯形转子间的关系相当于变压器原、副绕组间的关系，所以Φ1是由励磁电流和转子电流共同产生的。而转子电动势和转子电流与转速有关，因此当转速变化时，励磁电流I1（还有励磁绕组的阻抗压降）和磁通Φ1都将发生变化。这样就破坏了输出电压U2与转速n之间的线性关系。