傳感器與檢測技術(shù)課件第四章-第一節(jié)速度傳感器.

1、第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī) 測速發(fā)電機(jī)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中用于測量和自動調(diào)節(jié)電測速發(fā)電機(jī)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中用于測量和自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種傳感器。機(jī)轉(zhuǎn)速的一種傳感器。 它由帶有繞組的定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。它由帶有繞組的定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。 根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)繞組供給勵磁電壓并隨被測電動根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)繞組供給勵磁電壓并隨被測電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，定子繞組產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的感應(yīng)電動勢。機(jī)轉(zhuǎn)動時，定子繞組產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的感應(yīng)電動勢。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)可分為：根據(jù)勵磁電流的種

2、類，測速發(fā)電機(jī)可分為：直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)他勵式他勵式永磁式永磁式一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)可分為：根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)可分為：直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)他勵式他勵式永磁式永磁式一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī)他勵式直流測速發(fā)電機(jī)的定子勵磁繞組他勵式直流測速發(fā)電機(jī)的定子勵磁繞組由外部電源供電，由外部電源供電， 通電時產(chǎn)生磁場通電時產(chǎn)生磁場第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)可

3、分為：根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)可分為：直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)他勵式他勵式永磁式永磁式一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī)永磁式直流測速發(fā)電機(jī)的定子磁極由永磁式直流測速發(fā)電機(jī)的定子磁極由永久磁鋼做成，永久磁鋼做成， 沒有勵磁繞組沒有勵磁繞組第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)可分為：根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)可分為：直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)他勵式他勵式永磁式永磁式一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī)同步式同步式異步式異步式感應(yīng)式感應(yīng)式永磁永磁式式脈沖式脈沖式第四章 速度、加速度傳感

4、器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 ZYSZYS型永磁式直流測速發(fā)電機(jī)型永磁式直流測速發(fā)電機(jī) ZYS-AZYS-A系列永磁式直流測速發(fā)電機(jī)系列永磁式直流測速發(fā)電機(jī) 一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 自動控制系統(tǒng)對其元件的要求，自動控制系統(tǒng)對其元件的要求， 主要是精確度高、主要是精確度高、 靈敏靈敏度高、度高、 可靠性好等。可靠性好等。 據(jù)此，據(jù)此， 對測速發(fā)電機(jī)的要求有：對測速發(fā)電機(jī)的要求有：測速發(fā)電機(jī)的理想輸出特性測速發(fā)電機(jī)的理想輸出特性 一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī) 輸出電壓對轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精確的正比關(guān)系。輸出電壓對轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精確的

5、正比關(guān)系。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)動慣量要小轉(zhuǎn)動慣量要小 靈敏度要高，即測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓對轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)靈敏度要高，即測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓對轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng) 要靈敏。要靈敏。 由于測速發(fā)電機(jī)比較容易滿足上述要求，且性能穩(wěn)定，故由于測速發(fā)電機(jī)比較容易滿足上述要求，且性能穩(wěn)定，故廣泛用于機(jī)電一體化系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)速的測量和自動調(diào)節(jié)，一廣泛用于機(jī)電一體化系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)速的測量和自動調(diào)節(jié)，一般測量范圍為（般測量范圍為（20400r/min20400r/min） 輸出電壓對轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精確的正比關(guān)系。輸出電壓對轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精確的正比關(guān)

6、系。 自動控制系統(tǒng)對其元件的要求，自動控制系統(tǒng)對其元件的要求， 主要是精確度高、主要是精確度高、 靈敏靈敏度高、度高、 可靠性好等?？煽啃院玫取?據(jù)此，據(jù)此， 對測速發(fā)電機(jī)的要求有：對測速發(fā)電機(jī)的要求有：第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)是一種微型直流發(fā)電機(jī)。它的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流伺服電動機(jī)基本相同第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（1）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度

7、傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（1）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性電刷兩端引出的感應(yīng)電動勢為：空載（即電樞電流空載（即電樞電流I Is s=0=0）時）時，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓和，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓和電樞感應(yīng)電動勢相等，因而電樞感應(yīng)電動勢相等，因而輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（1）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性有負(fù)載（即電樞電流有負(fù)載（即電樞電流I Is s00）時）時，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為式中：rs電樞回路總電阻。在理

8、想情況下，若不計(jì)電刷 和換向器之間的接觸電阻， rs為電樞繞組電阻顯然，有負(fù)載時，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓應(yīng)比空載時小，這是電阻rs的電壓降造成的。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（1）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性有負(fù)載（即電樞電流有負(fù)載（即電樞電流I Is s00）時）時，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為有負(fù)載時，電樞電流為又：第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（1）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性）直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性負(fù)載電阻不同，測

9、速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻不同，測速發(fā)電機(jī)的輸出特性的斜率亦不同。輸出特性的斜率亦不同。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（2）產(chǎn)生誤差的原因和改進(jìn)方法 有負(fù)載時，電樞反應(yīng)去磁作用有負(fù)載時，電樞反應(yīng)去磁作用的影響，使輸出電壓不再與轉(zhuǎn)的影響，使輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比，遇到這種情況可以速成正比，遇到這種情況可以在定子磁極上安裝補(bǔ)償繞組，在定子磁極上安裝補(bǔ)償繞組，或使負(fù)載電阻大于規(guī)定值?；蚴关?fù)載電阻大于規(guī)定值。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 電機(jī)空載時，只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場。電機(jī)空載時，只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場。

10、 電機(jī)負(fù)載時，電機(jī)負(fù)載時， 電樞繞組中流過電流也要產(chǎn)生磁場，電樞繞組中流過電流也要產(chǎn)生磁場， 稱為電樞磁場。稱為電樞磁場。 所以，所以， 負(fù)載運(yùn)行時，負(fù)載運(yùn)行時， 電機(jī)中的磁場是主磁場和電樞磁場的合成。電機(jī)中的磁場是主磁場和電樞磁場的合成。電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)定子勵磁繞組產(chǎn)生定子勵磁繞組產(chǎn)生 的主磁場的主磁場電樞繞組產(chǎn)生電樞繞組產(chǎn)生的電樞磁場的電樞磁場主磁場和電樞主磁場和電樞磁場的合成磁場磁場的合成磁場第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)由圖由圖 (b)(b)可以看出，可以看出， 在每個主磁極下面，在每個主磁極下面， 電樞磁場的磁通在半個極下由電電樞磁場的

11、磁通在半個極下由電樞指向磁極，樞指向磁極， 在另外半個極下則由磁極指向電樞，在另外半個極下則由磁極指向電樞， 即半個極下電樞磁通即半個極下電樞磁通和主磁通同向，和主磁通同向， 另外半個極下電樞磁通和主磁通反向，另外半個極下電樞磁通和主磁通反向， 因此合成磁場的因此合成磁場的磁通密度在半個極下是加強(qiáng)了，磁通密度在半個極下是加強(qiáng)了， 在另外半個極下是削弱了，在另外半個極下是削弱了， 如圖如圖 2 - 2 - 22(c)22(c)所示。所示。 由于電樞磁場的存在，由于電樞磁場的存在， 氣隙中的磁場發(fā)生畸變，氣隙中的磁場發(fā)生畸變， 這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。為電樞反應(yīng)。第四章 速度、加速度傳感器

12、第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)如果電機(jī)的磁路不飽和如果電機(jī)的磁路不飽和( (即磁路為線性即磁路為線性) )， 磁場的合成就可以應(yīng)用疊加原理。磁場的合成就可以應(yīng)用疊加原理。 例如，例如， N N極右半個極下的合成磁通等于極右半個極下的合成磁通等于 1/2 1/2 主磁通與主磁通與 1/2 1/2 電樞磁通之和，電樞磁通之和， 左半個極下的合成磁通等于左半個極下的合成磁通等于 1/2 1/2 主磁通與主磁通與 1/2 1/2 電樞磁通之差。電樞磁通之差。 因此，因此， N N極左半個極的削弱和右半個極的加強(qiáng)相互抵消，極左半個極的削弱和右半個極的加強(qiáng)相互抵消， 整個極的磁通保持

13、不變，整個極的磁通保持不變， 僅僅磁場的分布發(fā)生了變化。僅僅磁場的分布發(fā)生了變化。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 實(shí)際上電機(jī)的磁路總存在飽和，使右半個極下增加的磁通小于左半個極下減實(shí)際上電機(jī)的磁路總存在飽和，使右半個極下增加的磁通小于左半個極下減小的磁通，因而整個極下的磁通略為減小。其輸出特性如圖小的磁通，因而整個極下的磁通略為減小。其輸出特性如圖 4-2 4-2 所示。所示。電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（2）產(chǎn)生誤差的原因和改進(jìn)方法）產(chǎn)生誤差的原因和改進(jìn)方法 電刷接觸壓降的影響。電

14、刷接觸壓降的影響。這是因?yàn)殡娝⒔佑|電阻是非線性的，即當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、這是因?yàn)殡娝⒔佑|電阻是非線性的，即當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、響應(yīng)的電樞電流較小時，接觸電阻較大，從而使輸出電壓響應(yīng)的電樞電流較小時，接觸電阻較大，從而使輸出電壓很小。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速較高、電樞電流較大時，電刷壓降才可很小。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速較高、電樞電流較大時，電刷壓降才可以認(rèn)為是常數(shù)。為了減小電刷接觸壓降的影響，即縮小不以認(rèn)為是常數(shù)。為了減小電刷接觸壓降的影響，即縮小不靈敏區(qū)，應(yīng)采用接觸壓降銅靈敏區(qū)，應(yīng)采用接觸壓降銅- -石墨電極或銅電極，并在它與石墨電極或銅電極，并在它與換向器相接觸的表面上鍍銀。換向器相接觸的表面上鍍銀。第四章 速度、加速度傳感

15、器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)（2）產(chǎn)生誤差的原因和改進(jìn)方法）產(chǎn)生誤差的原因和改進(jìn)方法 溫度影響溫度影響得出得出V VCFCF=Cn=Cn這一線性關(guān)系的條件之一是勵磁磁通這一線性關(guān)系的條件之一是勵磁磁通為常為常數(shù)。數(shù)。 實(shí)際上，實(shí)際上， 電機(jī)周圍環(huán)境溫度的變化以及電機(jī)本身電機(jī)周圍環(huán)境溫度的變化以及電機(jī)本身發(fā)熱發(fā)熱( (由電機(jī)各種損耗引起由電機(jī)各種損耗引起) )都會引起電機(jī)繞組電阻的變都會引起電機(jī)繞組電阻的變化。化。 當(dāng)溫度升高時，當(dāng)溫度升高時， 勵磁繞組電阻增大，勵磁繞組電阻增大， 勵磁電流減勵磁電流減小，小， 磁通也隨之減小，磁通也隨之減小， 輸出電壓

16、就降低。輸出電壓就降低。 反之，反之， 當(dāng)溫當(dāng)溫度下降時，度下降時， 輸出電壓便升高。輸出電壓便升高。 在實(shí)際使用時，可在直流測速發(fā)電機(jī)的繞組回路中串聯(lián)在實(shí)際使用時，可在直流測速發(fā)電機(jī)的繞組回路中串聯(lián)一個電阻值較大的附加電阻，再接到勵磁電源上。這樣，一個電阻值較大的附加電阻，再接到勵磁電源上。這樣，當(dāng)勵磁繞組溫度升高時，其電阻雖有增加，但勵磁回路當(dāng)勵磁繞組溫度升高時，其電阻雖有增加，但勵磁回路總電阻的變化卻較小，故可保持勵磁電流幾乎不變?？傠娮璧淖兓瘏s較小，故可保持勵磁電流幾乎不變。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.2.已知一直流測速發(fā)電機(jī)的電樞繞組的電阻已知一

17、直流測速發(fā)電機(jī)的電樞繞組的電阻r rs s=1.5=1.5，測，測速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻為速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻為R RL L=30 =30 ，感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速的比，感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)例系數(shù)Ce=0.01Ce=0.01，現(xiàn)測得測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為，現(xiàn)測得測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為V VCFCF=3V=3V，求測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。求測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)分類分類 交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī) 同步測速發(fā)電機(jī)可分為永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式同步測速

18、發(fā)電機(jī)可分為永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式 異步測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和兩相伺服電動機(jī)相似。目前在自異步測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和兩相伺服電動機(jī)相似。目前在自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)。動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)永磁式同步測速發(fā)電機(jī)永磁式同步測速發(fā)電機(jī) 實(shí)質(zhì)：一臺單相永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)，定子繞組感應(yīng)的交實(shí)質(zhì)：一臺單相永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)，定子繞組感應(yīng)的交變電勢大小和頻率都隨著輸出信號（轉(zhuǎn)速）而變化，即：變電勢大小和頻率都隨著輸出信號（轉(zhuǎn)速）而變化，即：604.44mpnfEfN

19、KK n永磁式同步測速發(fā)電機(jī)因感應(yīng)電勢的頻率隨轉(zhuǎn)速而改變，永磁式同步測速發(fā)電機(jī)因感應(yīng)電勢的頻率隨轉(zhuǎn)速而改變，致使電機(jī)本身的阻抗及負(fù)載阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化。因此，這致使電機(jī)本身的阻抗及負(fù)載阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化。因此，這種測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。盡管永磁種測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。盡管永磁式交流測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，又沒有滑動接觸，仍不適用于式交流測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，又沒有滑動接觸，仍不適用于自動控制系統(tǒng)，通常只是作為指示式轉(zhuǎn)速計(jì)。自動控制系統(tǒng)，通常只是作為指示式轉(zhuǎn)速計(jì)。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī) 感應(yīng)

20、子式測速發(fā)電機(jī)和脈感應(yīng)子式測速發(fā)電機(jī)和脈沖式測速發(fā)電機(jī)的工作原沖式測速發(fā)電機(jī)的工作原理基本相同。都是利用定、理基本相同。都是利用定、轉(zhuǎn)子齒槽位置相對變化而轉(zhuǎn)子齒槽位置相對變化而使輸出繞組中的磁通發(fā)生使輸出繞組中的磁通發(fā)生脈動，從而感應(yīng)出電勢。脈動，從而感應(yīng)出電勢。右為感應(yīng)子式測速發(fā)電機(jī)右為感應(yīng)子式測速發(fā)電機(jī)的原理性結(jié)構(gòu)圖。的原理性結(jié)構(gòu)圖。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 定、轉(zhuǎn)子鐵心均由高硅薄鋼定、轉(zhuǎn)子鐵心均由高硅薄鋼片沖制疊成。定于內(nèi)圓周上片沖制疊成。定于內(nèi)圓周上有大槽和小槽。大槽與大槽有大槽和小槽。大槽與大槽之間放置勵磁繞組。在之間放置勵磁繞組。在1212個個定

21、子齒上分別放置輸出繞組，定子齒上分別放置輸出繞組，并將輸出繞組連結(jié)為三相對并將輸出繞組連結(jié)為三相對稱繞組。轉(zhuǎn)子外圓周上為稱繞組。轉(zhuǎn)子外圓周上為2424個均布齒槽。個均布齒槽。2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)當(dāng)勵磁繞組中通入直流勵磁。當(dāng)勵磁繞組中通入直流勵磁。使定子鐵心磁化為使定子鐵心磁化為N N、S S相間相間的四極磁場。轉(zhuǎn)子不動時，定的四極磁場。轉(zhuǎn)子不動時，定子齒中的磁通不隨時間變化，子齒中的磁通不隨時間變化，故定子輸出繞組中沒有感應(yīng)電故定子輸出繞組中沒有感應(yīng)電勢。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，因定、轉(zhuǎn)子勢。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動

22、后，因定、轉(zhuǎn)子齒的相對位置發(fā)生周期性變化，齒的相對位置發(fā)生周期性變化，則使定子齒中的磁通發(fā)生脈動，則使定子齒中的磁通發(fā)生脈動，輸出繞組中便產(chǎn)生交變電勢。輸出繞組中便產(chǎn)生交變電勢。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 當(dāng)轉(zhuǎn)子一個齒的軸線與定子當(dāng)轉(zhuǎn)子一個齒的軸線與定子某齒的軸線位置一致時，如某齒的軸線位置一致時，如圖中定子齒圖中定子齒2所示，該定子所示，該定子齒對應(yīng)有最大的氣隙磁導(dǎo)值。齒對應(yīng)有最大的氣隙磁導(dǎo)值。而當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過半個齒距后，而當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過半個齒距后，使轉(zhuǎn)子槽的軸線與上述定子使轉(zhuǎn)子槽的軸線與上述定子齒的軸線位置一致，該定子齒的軸線位置一致，該定子齒就對應(yīng)有最小的氣隙磁

23、導(dǎo)齒就對應(yīng)有最小的氣隙磁導(dǎo)值。值。2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 以后便以此重復(fù)進(jìn)行。這樣以后便以此重復(fù)進(jìn)行。這樣定子輸出繞組所匝鏈的磁通定子輸出繞組所匝鏈的磁通大小也相應(yīng)發(fā)生周期性的變大小也相應(yīng)發(fā)生周期性的變化，在其中便感應(yīng)出交流電化，在其中便感應(yīng)出交流電勢。由以上分析可知，每當(dāng)勢。由以上分析可知，每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過個齒距、輸出繞個齒距、輸出繞組的感應(yīng)電勢就變化一個周組的感應(yīng)電勢就變化一個周期故輸出電勢的頻率應(yīng)為期故輸出電勢的頻率應(yīng)為2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 以

24、后便以此重復(fù)進(jìn)行。這樣以后便以此重復(fù)進(jìn)行。這樣定子輸出繞組所匝鏈的磁通定子輸出繞組所匝鏈的磁通大小也相應(yīng)發(fā)生周期性的變大小也相應(yīng)發(fā)生周期性的變化，在其中便感應(yīng)出交流電化，在其中便感應(yīng)出交流電勢。由以上分析可知，每當(dāng)勢。由以上分析可知，每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過個齒距、輸出繞個齒距、輸出繞組的感應(yīng)電勢就變化一個周組的感應(yīng)電勢就變化一個周期故輸出電勢的頻率應(yīng)為期故輸出電勢的頻率應(yīng)為2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)60rZ nf 第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 脈沖式同步測速發(fā)電機(jī)脈

25、沖式同步測速發(fā)電機(jī)2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī) 脈沖式測速發(fā)電機(jī)是以脈沖頻率作為輸出信號。因輸出電脈沖式測速發(fā)電機(jī)是以脈沖頻率作為輸出信號。因輸出電壓的脈沖頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格的正比關(guān)系，所以也是壓的脈沖頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格的正比關(guān)系，所以也是屬于同步電機(jī)類型。屬于同步電機(jī)類型。 其特點(diǎn)是輸出信號的頻率相當(dāng)高，即使在較低的轉(zhuǎn)速下其特點(diǎn)是輸出信號的頻率相當(dāng)高，即使在較低的轉(zhuǎn)速下(如每分鐘幾轉(zhuǎn)或幾十轉(zhuǎn)）也能輸出較多的脈沖數(shù)。如每分鐘幾轉(zhuǎn)或幾十轉(zhuǎn)）也能輸出較多的脈沖數(shù)。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 脈沖式同步測速發(fā)電機(jī)脈沖式同步測速發(fā)電機(jī)2.交流測速發(fā)電機(jī)交流

26、測速發(fā)電機(jī) 因此，以脈沖個數(shù)表示的速度分辨率就比較高，使它適用因此，以脈沖個數(shù)表示的速度分辨率就比較高，使它適用子速度較低的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，特別適用于如下圖的鑒頻鎖相速子速度較低的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，特別適用于如下圖的鑒頻鎖相速度控制系統(tǒng)。度控制系統(tǒng)。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 目前在自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是空心杯轉(zhuǎn)子異步測速目前在自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)。 這種結(jié)構(gòu)型式可使測速發(fā)電機(jī)輸出特性有較高的精度，又這種結(jié)構(gòu)型式可使測速發(fā)電機(jī)輸出特性有較高的精度，又因其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量較小，能夠滿足系統(tǒng)快速性的要求。因其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量較小，能夠滿足系

27、統(tǒng)快速性的要求。 同時，為了獲得較好的線性輸出特性并使其性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)同時，為了獲得較好的線性輸出特性并使其性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子電阻要比空心杯轉(zhuǎn)子兩相伺服電動機(jī)更大。因此，空心子電阻要比空心杯轉(zhuǎn)子兩相伺服電動機(jī)更大。因此，空心杯轉(zhuǎn)子通常采用電阻率較大和溫度系數(shù)較低的材料制成，杯轉(zhuǎn)子通常采用電阻率較大和溫度系數(shù)較低的材料制成，如磷青銅、錫鋅青銅、硅錳青銅等。如磷青銅、錫鋅青銅、硅錳青銅等。 目前，我國生產(chǎn)的這種測速發(fā)電機(jī)，其型號為目前，我國生產(chǎn)的這種測速發(fā)電機(jī)，其型號為CK2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2

28、.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī) 交流測速發(fā)電機(jī)主要由固定交流測速發(fā)電機(jī)主要由固定不動的定子和中間的轉(zhuǎn)子兩部不動的定子和中間的轉(zhuǎn)子兩部分組成。分組成。 定子和轉(zhuǎn)子都固定在軟鐵材定子和轉(zhuǎn)子都固定在軟鐵材料（硅鋼）制成的鐵心上，以料（硅鋼）制成的鐵心上，以便在發(fā)電機(jī)內(nèi)部形成工作磁路便在發(fā)電機(jī)內(nèi)部形成工作磁路。 第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī) 兩相定子繞組空間互差兩相定子繞組空間互差 9090 電角度，其中一個繞組電角度，其中一個繞組為勵磁繞組，另一個繞組為為勵磁繞組，另一個繞組為輸出繞組。輸出繞組。

29、交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 交流測速發(fā)電機(jī)有兩種轉(zhuǎn)交流測速發(fā)電機(jī)有兩種轉(zhuǎn)子：鼠籠轉(zhuǎn)子和非磁性杯形子：鼠籠轉(zhuǎn)子和非磁性杯形轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子。 鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)流條嵌裝在的導(dǎo)流條嵌裝在鐵心的槽中，兩端的兩個短鐵心的槽中，兩端的兩個短路環(huán)把所有導(dǎo)流條連接在一路環(huán)把所有導(dǎo)流條連接在一起，構(gòu)成轉(zhuǎn)子繞組。起，構(gòu)成轉(zhuǎn)子繞組。 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī) 非磁性杯形轉(zhuǎn)子交流測速非磁性杯形轉(zhuǎn)子交流測速發(fā)電機(jī)，測

30、量精度高，轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，測量精度高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小，應(yīng)用廣泛。的轉(zhuǎn)動慣量小，應(yīng)用廣泛。 杯形轉(zhuǎn)子可以看成有無數(shù)杯形轉(zhuǎn)子可以看成有無數(shù)緊密排列的導(dǎo)流條的鼠籠，緊密排列的導(dǎo)流條的鼠籠，杯的兩端就是短路環(huán)。杯的兩端就是短路環(huán)。 交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 轉(zhuǎn)子不動時轉(zhuǎn)子不動時 勵磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組就勵磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組就相當(dāng)于空載變壓器的原邊繞相當(dāng)于空載變壓器的原邊繞組和副邊繞組，其交變磁場組和副邊繞組，其交變磁場的軸線方向都與輸出繞組垂的軸線方向都與輸出繞組垂直，輸出繞組沒有感應(yīng)電勢直，輸出繞組沒有感應(yīng)電勢產(chǎn)生。產(chǎn)生。 2.交流測速

31、發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時 轉(zhuǎn)子繞組切割勵磁繞組轉(zhuǎn)子繞組切割勵磁繞組產(chǎn)生的交變磁場的磁力線，產(chǎn)生的交變磁場的磁力線，其感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場其感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場沿輸出繞組的軸線方向，輸沿輸出繞組的軸線方向，輸出繞組產(chǎn)生交變感應(yīng)電勢輸出繞組產(chǎn)生交變感應(yīng)電勢輸出。出。 交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī) 定子輸出繞組感應(yīng)電定子輸出繞組感應(yīng)電勢的頻率等于轉(zhuǎn)子

32、磁場頻率勢的頻率等于轉(zhuǎn)子磁場頻率，也就等于勵磁電源頻率。，也就等于勵磁電源頻率。轉(zhuǎn)子磁場和輸出繞組感應(yīng)電轉(zhuǎn)子磁場和輸出繞組感應(yīng)電勢的幅值（有效值）正比于勢的幅值（有效值）正比于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 nUk2交流異步測速發(fā)電機(jī)交流異步測速發(fā)電機(jī)第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器當(dāng)一個繞有當(dāng)一個繞有N N匝的線圈作垂直匝的線圈作垂直于磁場方向相對運(yùn)動時，線于磁場方向相對運(yùn)動時，線圈切割磁力線，由法拉第電圈切割磁力線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生磁感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢E E傳感器結(jié)構(gòu)選定后，其傳感器結(jié)

33、構(gòu)選定后，其N N，B B，L L均為常數(shù)，因此感應(yīng)式傳感器均為常數(shù)，因此感應(yīng)式傳感器的感應(yīng)電動勢正比于被測速度的感應(yīng)電動勢正比于被測速度磁電式傳感器磁電式傳感器第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器當(dāng)殼體當(dāng)殼體5 5隨被測振動體一起振動時，由于彈簧隨被測振動體一起振動時，由于彈簧2 2較軟，運(yùn)動部件較軟，運(yùn)動部件質(zhì)量相對較大，因此當(dāng)振動質(zhì)量相對較大，因此當(dāng)振動頻率遠(yuǎn)高于傳感器的固有頻頻率遠(yuǎn)高于傳感器的固有頻率時，運(yùn)動部件的慣性很大，率時，運(yùn)動部件的慣性很大，來不及跟隨振動體一起振動，來不及跟隨振動體一起振動，而產(chǎn)生相對運(yùn)動，而永

34、久磁而產(chǎn)生相對運(yùn)動，而永久磁鐵鐵4 4與線圈與線圈3 3之間的相對運(yùn)動之間的相對運(yùn)動速度接近于振動體振動速度，速度接近于振動體振動速度，因此傳感器中產(chǎn)生與振動速因此傳感器中產(chǎn)生與振動速度成正比的感應(yīng)電動勢并輸出。度成正比的感應(yīng)電動勢并輸出。恒定磁通式線振動速度傳感器恒定磁通式線振動速度傳感器第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.1.變磁通式變磁通式變磁通式又稱（變）磁阻式或變氣隙式，常用來測量旋轉(zhuǎn)物體變磁通式又稱（變）磁阻式或變氣隙式，常用來測量旋轉(zhuǎn)物體的角速度的角速度開磁路式開磁路式閉

35、磁路式閉磁路式第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.1.變磁通式變磁通式開磁路式開磁路式工作時，傳感器不動，將導(dǎo)磁工作時，傳感器不動，將導(dǎo)磁材料制成的測量齒輪安裝在材料制成的測量齒輪安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上。傳感器軟鐵與被測旋轉(zhuǎn)體上。傳感器軟鐵與齒輪輪齒的間隙約為齒輪輪齒的間隙約為0.10.7mm0.10.7mm。間歇小，輸出電壓幅值大，但太間歇小，輸出電壓幅值大，但太小時會因齒輪安裝偏心而發(fā)生齒小時會因齒輪安裝偏心而發(fā)生齒輪和傳感器卡死現(xiàn)象。所以應(yīng)在輪和傳感器卡死現(xiàn)象。所以應(yīng)在不影響齒輪正常

36、轉(zhuǎn)動情況下盡可不影響齒輪正常轉(zhuǎn)動情況下盡可能調(diào)整到間隙最小，以獲得最大的輸出電壓幅值。能調(diào)整到間隙最小，以獲得最大的輸出電壓幅值。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.1.變磁通式變磁通式開磁路式開磁路式測量時，齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)體一起測量時，齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)體一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，磁通也變化一路磁阻變化一次，磁通也變化一次，因此線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的次，因此線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的變化頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的變化頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積

37、。乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測高轉(zhuǎn)速。齒輪較危險而不宜測高轉(zhuǎn)速。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.1.變磁通式變磁通式閉磁路式閉磁路式工作時，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸固緊并工作時，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸固緊并隨被測軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子、定子隨被測軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子、定子和永久磁鐵組成磁路系統(tǒng)。和永久磁鐵組成磁路系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)子和定子的環(huán)形端面上在轉(zhuǎn)子和定子的環(huán)形端面上銑有均勻分布的齒和槽，且銑有均勻分布的齒和槽，且兩者的齒、槽數(shù)

38、對應(yīng)相等。兩者的齒、槽數(shù)對應(yīng)相等。當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒與定子的齒相對時，氣隙最小，磁路系統(tǒng)的磁通最大。當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒與定子的齒相對時，氣隙最小，磁路系統(tǒng)的磁通最大。而齒與槽相對時，氣隙最大，磁通最小。因此測量轉(zhuǎn)速時，磁通而齒與槽相對時，氣隙最大，磁通最小。因此測量轉(zhuǎn)速時，磁通周期變化，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的頻率與轉(zhuǎn)速成正比。周期變化，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的頻率與轉(zhuǎn)速成正比。zfn/60轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子永久磁鐵永久磁鐵線圈線圈外殼外殼第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.1.變磁通式變磁通式閉磁路式閉磁路式

39、閉磁路式測量范圍大，為閉磁路式測量范圍大，為（504000504000）r/min,r/min,可連續(xù)可連續(xù)使用，且方便、可靠。使用，且方便、可靠。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.2.霍爾式和電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式和電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器利用霍爾效應(yīng)和電渦流效應(yīng)的傳感元件，既可測量位移也利用霍爾效應(yīng)和電渦流效應(yīng)的傳感元件，既可測量位移也可測量轉(zhuǎn)速（角速度）?？蓽y量轉(zhuǎn)速（角速度）。在被測物上粘有多對小磁鋼，在被測物上粘有多對小磁鋼，霍爾元件固定于小磁鋼附近?；魻栐潭ㄓ谛〈配摳浇?。當(dāng)

40、被測物轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)一個當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)一個小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾元件（通以小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾元件（通以電流），霍爾元件輸出一個電流），霍爾元件輸出一個響應(yīng)的脈沖。測得單位時間響應(yīng)的脈沖。測得單位時間的脈沖數(shù)，即可求得被測物的脈沖數(shù)，即可求得被測物的轉(zhuǎn)速和角速度。的轉(zhuǎn)速和角速度?；魻栐砂雽?dǎo)體材料制成，體積小，結(jié)構(gòu)簡單?；魻栐砂雽?dǎo)體材料制成，體積小，結(jié)構(gòu)簡單。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.2.霍爾式和電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式和電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器利用霍爾效應(yīng)和電渦流效應(yīng)的傳感元件，既可

41、測量位移也利用霍爾效應(yīng)和電渦流效應(yīng)的傳感元件，既可測量位移也可測量轉(zhuǎn)速（角速度）?？蓽y量轉(zhuǎn)速（角速度）。傳感器靠近被測物上設(shè)定的等距傳感器靠近被測物上設(shè)定的等距標(biāo)記（如凸齒）安裝，當(dāng)被測物標(biāo)記（如凸齒）安裝，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時，傳感器輸出頻率與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，傳感器輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比的信號。成正比的信號。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器 三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.2.霍爾式和電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式和電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器利用霍爾效應(yīng)和電渦流效應(yīng)的傳感元件，既可測量位移也利用霍爾效應(yīng)和電渦流效應(yīng)的傳感元件，既可測量位移也可測