測速發(fā)電機(jī)可以將機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，在自動控制系統(tǒng)中常用作測量轉(zhuǎn)速的信號元件。

自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的主要要求是：

1．輸出電壓與速度保持嚴(yán)格的線性關(guān)系，且不隨外界條件的改變而變化；

2．剩余電壓（轉(zhuǎn)速為零時(shí)的電壓）??；

3．輸出電壓對轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)靈敏，測速發(fā)電機(jī)輸出特性的斜率要大；

4．慣性小、反應(yīng)快、使用可靠。

按照測速發(fā)電機(jī)輸出信號的不同，可分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類。

一、直流測速發(fā)電機(jī)

（一）結(jié)構(gòu)

直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與小型普通直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，按勵磁方式的不同，直流測速發(fā)電機(jī)可分為他勵電磁式和永磁式兩種。

他勵電磁式直流測速發(fā)電機(jī)的磁極由勵磁繞組構(gòu)成，由于工作時(shí)勵磁繞組發(fā)熱會引起勵磁繞組電阻的變化，從而引起勵磁電流的變化，會造成一定的測量誤差。

永磁式直流測速發(fā)電機(jī)的磁極由永久磁鐵構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，受溫度變化引起的誤差也小，應(yīng)用廣泛。

（二）工作原理

直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理圖如圖4－9所示。若發(fā)電機(jī)TG內(nèi)部磁場恒定，當(dāng)被測機(jī)械拖動發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，電刷兩端產(chǎn)生的空載感應(yīng)電動勢E₀為：E₀=C_eФn。

圖4－9　直流測速發(fā)電機(jī)工作原理圖　　　　　圖4－10　直流測速發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出特性

當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，空載感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，電動勢的極性與轉(zhuǎn)速的方向有關(guān)。由于空載時(shí)的輸出電壓就是空載感應(yīng)電動勢，所以輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。

如果接入負(fù)載電阻R_L，則負(fù)載電流會引起電樞電阻壓降和電刷與換向器之間的接觸壓降。如不考慮電樞反應(yīng)對磁場的影響，則輸出電壓為：

式中，R_a為電樞電阻；ΔU為電刷與換向器之間的接觸壓降。

在圖4－10中，給出了直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性，其中曲線1是沒有接觸壓降時(shí)的輸出特性，曲線2是有接觸壓降時(shí)的輸出特性，曲線3為實(shí)際情況下輸出特性。從圖中可以看出，當(dāng)考慮發(fā)電機(jī)的接觸壓降時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速小于某一個(gè)值（Δn）時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為0，發(fā)電機(jī)輸出電壓為0的這一段區(qū)間稱為失靈區(qū)或無信號區(qū)。

二、交流測速發(fā)電機(jī)

交流測速發(fā)電機(jī)有異步式和同步式兩種。

（一）結(jié)構(gòu)

交流異步測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，也有籠型轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種。為了提高系統(tǒng)的快速性和靈敏度，減小轉(zhuǎn)動慣量，杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

杯型轉(zhuǎn)子是一個(gè)薄壁非磁性杯，為了使測速發(fā)電機(jī)輸出特性的線性度好，性能穩(wěn)定，要求它的轉(zhuǎn)子電阻比伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻更大一些，通常采用電阻率大、濕度系數(shù)小的硅錳青銅或錫鋅青銅制成，杯壁厚為0.2～0.3mm。

交流異步測速發(fā)電機(jī)的定子由內(nèi)定子和外定子兩部分構(gòu)成，在定子上嵌放有空間位置上相差90º電角度的兩相繞組，一相繞組作為勵磁繞組，另一相繞組作為輸出繞組。在機(jī)座號較小的測速發(fā)電機(jī)中，兩相繞組均嵌放在內(nèi)定子上；而機(jī)座號在36號（外徑36mm）以上測速發(fā)電機(jī)中，勵磁繞組嵌放在外定子上，輸出繞組嵌放在內(nèi)定子上，以便調(diào)整兩相繞組的相對位置，使剩余電壓最小。

（二）工作原理

交流測速發(fā)電機(jī)工作原理圖如圖4－11所示。勵磁繞組N₁接頻率為f₁的恒定單相交流勵磁電壓U( ．)₁，輸出繞組N₂則輸出與轉(zhuǎn)速大小成正比的電壓信號U( ．)₂。由于勵磁繞組中有單相交流電流過，會在發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)直軸（d軸）脈振磁場。

當(dāng)轉(zhuǎn)子不動時(shí)，勵磁繞組產(chǎn)生的脈振磁場只能在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電動勢，d軸的左、右兩邊變壓器電動勢的方向相反，由于轉(zhuǎn)子是短路的，變壓器電動勢會在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流，電流的方向與電動勢的方向相同。由楞次定律知，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁通Φ( ．)_rd與勵磁繞組產(chǎn)生的磁通方向相反，所以合成磁通Φ( ．)_d的方向仍沿d軸方向，如圖4－11a所示。由于輸出繞組的軸線與d軸垂直，沒有電磁耦合關(guān)系，輸出繞組中的電壓為0。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)子中除了感應(yīng)出變壓器電動勢外，還會由于轉(zhuǎn)子切割直軸磁通Φ( ．)_d產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)電動勢E( ．)_rq，其方向由給定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，用右手定則判斷，其有效值為：

式中，C_q為比例常數(shù)。

圖4－11　交流測速發(fā)電機(jī)的工作原理圖

a)轉(zhuǎn)子不動時(shí)；b)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)

在旋轉(zhuǎn)電動勢E( ．)_rq的作用下，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生交流電流I( ．)_rq，由于杯形轉(zhuǎn)子電阻很大，遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子電抗，可以認(rèn)為E( ．)_rq和I( ．)_rq基本同相。I( ．)_rq會在發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)交變的交軸（q軸）磁通Φ( ．)_q，Φ( ．)_q的大小與I( ．)_rq和E( ．)_rq的大小成正比，即有

式中，C₁為比例常數(shù)