交流测速发电机的工作原理解析

交流测速发电机分为同步和异步两类。同步测速发电机就是永磁转子的单向同步发电机,由于输出电压的频率随转速变化,不适用于自动控制系统,故应用很少。应用最广泛的是异步测速发电机。

1.结构

交流测速发电机的基本结构和普通异步电动机相似。定子上嵌有两相绕组,一相是励磁绕组(N₁),另一相是输出绕组(N₂),它们在空间上互差90°电角度。定子有内、外定子之分。小容量测速发电机的励磁绕组和输出绕组都装在外定子槽中,而容量较大的测速发电机则分装在内、外定子中。内定子由硅钢片叠成,目的是减小磁路的磁阻。

转子有笼形和空心杯形两种。笼形转子的惯性大,特性较差,对精度要求高的控制系统多采用空心杯形转子。空心杯形转子异步测速发电机的转子是空心杯形,其用电阻率较大、厚为0.2~0.3mm的铝或铜制成,属非磁性材料。内、外定子间的气隙中为空心杯转子,其结构如图5-9所示。

图5-9 杯形转子

2.原理(www.xing528.com)

异步测速发电机的空心杯形转子可以看成由很多导体并联而成。给定子励磁绕组加大小不变的交流励磁电压U_f后,励磁电流在励磁绕组的轴线方向上产生了随时间按正弦规律变化的直轴(d轴)脉振磁场,脉振频率为f₁。

当转子静止不动(n=0)时,异步测速发电机类似于一台变压器,励磁绕组相当于变压器的一次侧绕组,转子导体相当于变压器的二次绕组。由于磁通的方向与输出绕组的轴线垂直,不会在输出绕组中产生感应电动势,当转子不动时,输出绕组的输出电压U₂等于零(见图5-10a)。

当转子旋转(n≠0)时,杯形转子中除了有变压器的感应电动势外,同时因转子切割磁通,则在转子中产生一旋转感应电动势,方向由右手定则判定。其有效值为E_rq=C_qΦ_dn(C_q为比例常数),在旋转电动势E_rq的作用下,转子绕组中产生交流电流I_rq(见图5-10b)。杯形转子的电阻远大于电抗(转子由高电阻率材料做成),则E_rq与I_rq基本上处于同相位,由I_rq产生的磁通Φ_q也是交变的,且Φ_q=KE_rq(K为比例常数),Φ_q的轴线与输出绕组的轴线(q轴)重合,由Φ_q在输出绕组中产生的感应电动势为E₂,E₂=4.44f₁N₂K_N2Φ_q,由上述可知,E₂∝Φ_q∝I_rq∝E_rq∝n,即E₂∝n。

因此,输出电压与转子的转速成正比。转子反转时,输出电压的相位也相反。只要用一个电压表就可测出速度大小及方向。

图5-10 交流测速发电机工作原理图