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第2章 直流测速发电机 从物理本质来说，是一种测量转速的微型直流发电机；从能量转换的角度看，把机械能转换成电能，输出直流电；从信号转换的角度看，把转速信号转换成与转速成正比的直流电压信号输出，因而可以用来测速，故称为测速发电机。 2.2 直流电势的关系式 2.3 直流测速发电机及其输出特性 2.3.1 直流测速发电机的型式 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永久磁钢做成， 没有励磁绕组， 以图 2 - 15 所示的符号表示。 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， 以图 2 - 16 所示的符号表示。 2.3.2 自控系统对直流测速发电机的要求 自动控制系统对其元件的要求， 主要是精确度高(2)、 灵敏度高(1,3,4,5)、 可靠性好等。 据此， 直流测速发电机在电气性能方面应满足以下几项要求： (4) 输出电压的纹波要小， 即要求在一定的转速下输出电压要稳定， 波动要小； (5) 正、 反转两个方向的输出特性要一致。 在2.2节中已经推导了直流电势公式:  Ea=CeΦn 当每极总磁通Φ为常数时， 则  Ea∝n 由下图可知， 负载时测速发电机的输出电压等于感应电势减去它的内阻压降， 即  Ua=Ea-IaRa (2-12) 此式称为直流发电机电压平衡方程式。 式中， Ra为电枢回路的总电阻， 它包括电枢绕组的电阻、 电刷和换向器之间的接触电阻； Ia为电枢总电流， 且有  将式(2 - 13)代入式(2 - 12)得 式(2 - 14)是负载时输出电压与转速的关系。 如果式中Φ、 Ra和RL都能保持为常数， 则Ua与n之间仍呈线性关系， 只不过是随着负载电阻的减小， 输出特性的斜率变小而已， 如图 2 - 19 所示。 但该图是理想情况下， 即Φ、 Ra不变， RL为一定时的输出特性。 实际上，测速发电机的输出特性Ua=f(n)不是严格地呈线性特性， 实际特性与要求的线性特性间存在误差。 下一节将分析引起误差的原因和减小误差的方法。 2.4 直流测速发电机的误差及其减小的方法 2.4.1 温度影响 得出Ua=f(n)为线性关系的条件之一是励磁磁通Φ为常数。 实际上， 电机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)都会引起电机绕组电阻的变化。 当温度升高时， 励磁绕组电阻增大， 励磁电流减小， 磁通也随之减小， 输出电压就降低。 反之， 当温度下降时， 输出电压便升高。 2.4.2 电枢反应影响 电机空载时，只有励磁绕组产生的主磁场。 电机负载时， 电枢绕组中流过电流也要产生磁场， 称为电枢磁场。 所以， 负载运行时， 电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成。 根据Ea=CeΦn, 当Φ、 n为定值时， 电刷两端应输出不随时间变化的稳定的直流电势。 然而， 实际的电机并非如此， 其输出电势总是带有微弱的脉动， 通常把这种脉动称为纹波。 纹波主要是由于电机本身的固有结构及加工误差所引起的。由于电枢槽数及电枢元件数有限， 在输出电势中将引起脉动。 当然， 增加每条支路中的串联元件数可以减小纹波。 但是由于工艺所限， 电机槽数、 元件数及换向片数不可能无限增加， 因此产生纹波是不可避免的。 同时， 由于电枢铁心有齿有槽， 以及电枢铁心的椭圆度、 偏心等等， 也会使输出电势中纹波幅值上升。 纹波电压的存在对于测速机用于阻尼或速度控制都很不利， 实用的测速机在结构和设计上都采取了一定的措施来减小纹波幅值。 例如， 无槽电枢直流电机可以大大减小因齿槽效应而引起的输出电压纹波幅值， 与有槽电枢相比， 输出电压纹波幅值可以减小五倍以上。 Ua=f(n)为线性关系的另一个条件是电枢回路总电阻Ra为恒值。 实际上， Ra中包含的电刷与换向器的接触电阻不是一个常数。 为了考虑此种情况对输出特性的影响 ， 我们把电压方程式Ua=Ea-IaRa改写为Ua=Ea-IaRw-ΔUb。 其中Rw为电枢绕组电阻；ΔUb为电刷接触压降。 这样， 式(2 - 14)