直流测速发电机

原理

　　直流发电机的工作是基于电磁感应定律， 即： 运动导体切割磁力线， 在导体中产生切割电势； 或者说匝链线圈的磁通发生变化， 在线圈中发生感应电势。如图所示，

分类

　　按照励磁方式划分， 直流测速发电机有两种型式。

　　1. 永磁式

　　永磁式直流测速发电机的定子磁极由磁钢做成， 没有励磁绕组， 以下图所示的符号表示。

　　　2. 电磁式

　　　电磁式直流测速发电机的定子励磁绕组由外部电源供电， 通电时产生磁场， 以下图所示的符号表示。

性能指标

　　1．线性误差

　　在其工作的转速范围内，实际输出电压与理想输出电压的差值 m U ? 与理想输出电压 之比称为线性误差。

　　2．线性工作转速

　　在允许的线性误差范围内的电枢转速称为线性工作转速。亦即测速发电机的额定转速。

　　3．输出斜率

　　在额定的励磁条件下，单位转速所产生的输出电压称为输出斜率。此值越大越好。增大负载电阻，可提高输出斜率。

　　4．负载电阻

　　保证输出特性在允许误差范围内的最小负载电阻值。在使用时，接到电枢两端的电阻应不小于此值。

　　5．不灵敏区

　　由于换向器与电刷间的接触压降，而导致测速发电机在低转速时，其输出电压很低，几乎为零，这个转速范围称为不灵敏区。

　　6．输出电压的不对称度

　　在相同转速下，测速发电机正反转时的输出电压值之差 与两者平均值 之比称为输出电压的不对称度。一般不对称度为 0.35%~2%。

　　7．纹波系数

　　在一定转速下，输出电压中交流分量的峰值与直流分量之比称为纹波系数。

误差及减小误差方法

　　实际上直流测速发电机的输出特性  并不是严格的线性特性，而与线性特性之间存在有误差。下面讨论产生误差的原因及减小误差的方法。

　　1．电枢反应的影响

　　当直流测速发电机带负载时，负载电流流经电枢，产生电枢反应的去磁作用，使电机气隙磁通减小。因此，在相同转速下，负载时电枢绕组的感应电动势比在空载时电枢绕组的感应电动势小。负载电阻越小或转速越高，电枢电流就越大，电枢反应的去磁作用越强，气隙磁通减小的越多，输出电压下降越显着。

　　为了减小电枢反应对输出特性的影响，应尽量使电机的气隙磁通保持不变。通常采取以下一些措施：

　　（1）对电磁式直流测速发电机，在定子磁极上安装补偿绕组。有时为了调节补偿的程度，还接有分流电阻。

　　（2）在设计电机时，选择较小的线负荷和较大的空气隙。

　　（3）在使用时，转速不应超过线性工作转速，所接负载电阻不应小于最小负载电阻。

　　2．电刷接触电阻的影响

　　测速发电机带负载时， 由于电刷与换向器之间存在接触电阻， 会产生电刷的接触压降，使输出电压降低。

　　电刷接触电阻是非线性的，它与流过的电流密度有关。当电枢电流较小时，接触电阻大，接触压降也大；电枢电流较大时，接触电阻小。可见接触电阻与电流成反比。只有电枢电流较大，电流密度达到一定数值后，电刷接触压降才可近似认为是常数。

　　在转速较低时，输出特性上有一段输出电压极低的区域，这一区域叫不灵

　　敏区。即在此区域内，测速发电机虽然有输入信号（转速） ，但输出电压很小，对转速的反应很不灵敏。接触电阻越大，不灵敏区也越大。

　　为了减小电刷接触压降的影响，缩小不灵敏区，在直流测速发电机中，常常采用导电性能较好的黄铜—石墨电刷或含银金属电刷。铜制换向器的表面容易形成氧化层，也会增大接触电阻，在要求较高的场合，换向器也用含银合金或者在表面渡上银层，这样也可以减小电刷和换向器之间的磨损。

　　3．电刷位置的影响

　　当直流测速发电机带负载运行时，若电刷没有严格地位于几何中性线上，会造成测速发电机正反转时输出电压不对称，即在相同的转速下，测速发电机正反向旋转时，输出电压不完全相等。这是因为当电刷偏离几何中性线一个不大的角度时，电枢反应的直轴分量磁通若在一种转向下起着去磁作用，而在另一种转向下起着增磁作用。因此，在两种不同的转向下，尽管转速相同，电枢绕组的感应电动势不相等，其输出电压也不相等。

　　4．温度的影响

　　电磁式直流测速发电机在实际工作时，由于周围环境温度的变化以及电机本身发热（由电机各种损耗引起） ，都会引起电机中励磁绕组电阻的变化。当温度升高时，励磁绕组电阻增大。这时即使励磁电压保持不变，励磁电流也将减小，磁通也随之减小，导致电枢绕组的感应电动势和输出电压降低。铜的电阻温度系数约为 0.004/℃，即当温度每升高 25℃，其电阻值相应增加 10%。所以，温度的变化对电磁式直流测速发电机输出特性的影响是很严重的。

　　为了减小温度变化对输出特性的影响，通常可采取下列措施：

　　（1）设计电机时，磁路比较饱和，使励磁电流的变化所引起磁通的变化较小。

　　（2）在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流。附加电阻可用温度系数较低的合金材料制成，如锰镍铜合金或镍铜合金，它的阻值随温度变化较小。这样尽管温度变化，引起励磁绕组电阻变化，但整个励磁回路总电阻的变化不大，磁通变化也不大。其缺点是励磁电源电压也需增高，励磁功率随之增大。