测速发电机——类型、装置和工作原理

“tachogenerator”一词来自两个词——希腊语“tachos”意为“快速”，拉丁语“generator”。测速发电机是一种可变或恒定的电测量微型机械，它安装在设备的轴上，将轴的转速的当前值转换成电信号，其参数携带有关旋转频率的信息。

这个参数可以 产生的电磁场 或信号的频率值。来自测速发电机的输出信号可被馈送到视觉显示器（例如显示器）或馈送到测速发电机在其上运行的自动轴速控制装置。

测速发电机有多种类型，具体取决于输出端生成的信号类型：交流电压或电流信号（异步或同步测速发电机），或恒定信号。

直流测速发电机

直流测速发电机是一种集电式机器，通过位于其定子上的永磁体（更常见）或励磁线圈（不太常见）进行励磁。测量电动势在测速发电机的转子绕组上感应，结果与转子的旋转角速度成正比，实际上与磁通量的变化率成正比，完全符合 与电磁感应定律.

输出信号——其值也与转子的旋转角速度成正比的电压——通过电刷从收集器中移除。由于工作涉及 收集器和刷子，这样的装置比交流测速发电机磨损得更快。问题在于，在这种测速发电机的输出信号中，电刷集电单元在其工作过程中会产生脉冲噪声。

无论如何，直流测速发电机的输出信号是电压，这使得很难将电压准确地转换为速度，因为偏磁通量取决于磁铁的温度，取决于接触点的电阻带有收集器的电刷（随时间变化），最后 - 来自永磁体随时间的消磁。

然而，在某些情况下，直流测速发电机对于输出信号的表示形式以及根据轴的旋转方向的变化反转该信号极性的自然现象是方便的。

直流测速发电机的特征在于“转换系数”St，它表示移除电压 Uout 与对应于给定电压的旋转频率 Frot 的比率。该参数在测速发电机的技术文档中指定，测量单位为毫伏乘以每分钟转数。了解此参数和测速发电机的输出电压后，您可以使用以下公式计算当前频率：

内置测速发电机的电动机：

异步交流测速发电机

异步交流测速发电机在设计上相似 用于异步鼠笼式电机…这里的转子以空心圆柱体（通常是铜或铝）的形式制成，定子包含两个彼此成直角的绕组。定子绕组之一是励磁绕组，第二个是输出绕组。向励磁线圈供给一定幅值和频率的交流电，输出线圈接测量装置。

当鼠鼠转子旋转时，它周期性地打破两个线圈磁通量的初始正交性，由于磁场图像的失真，在输出线圈中周期性地感应出 EMF。如果转子静止，则励磁线圈的磁通量不会失真，并且在输出线圈中不会感应出 EMF。此处，生成的 EMF 的大小与轴的旋转速度成正比。

由于提供给励磁绕组的电流有其自己的频率，不同于轴的旋转速度，因此这种测速发电机称为异步。除其他外，这种设计可以通过输出信号的相位判断转子的旋转方向——当改变旋转方向时，相位反转。

同步交流测速发电机

同步测速发电机是无刷交流电机。转子的磁化由永磁体产生，而一个或多个绕组存在于定子上。在这种情况下，输出信号的幅度及其频率都将与轴的旋转速度成正比。因此，速度数据既可以通过振幅值（振幅检测）测量，也可以直接通过频率（频率检测）测量。但是，无法根据同步测速发电机的输出信号确定旋转方向。

同步交流测速发电机的转子可以制成多极磁铁的形式，并在轴旋转一圈的输出信号中连续给出几个脉冲。这种测速发电机以及异步发电机的使用寿命更长，因为它们没有容易发生机械磨损的电刷收集装置。

频率检测

由于同步测速发电机的输出频率不依赖于温度和其他因素，因此使用它进行的频率测量更加准确。计算很简单，知道转子的极对数p就可以了：

但也有细微差别。为了使计算的精度足够高，有必要分配理论上速度已经可以改变的时间，这意味着在对脉冲进行计数时，测量误差会增加，这是有害的。

为了减少测量误差，将转子做成多极，这样可以更快地进行计算，从而可以更快地跟踪控制系统的响应。对于一个极点，频率使用以下公式计算：

其中 N 是读取的脉冲数，T 是脉冲计数周期

对于同步测速发电机，信号的幅度随速度变化，因此，在设计输出频率检测器时，重要的是要考虑测速发电机输出电压的整个可能幅度范围。

振幅检测

用幅值法定频，检频电路会更简单，但这里要考虑温度、非磁隙变化等因素的影响。频率越大，输出信号的幅度越大，因此检波电路通常是整流器和 低通滤波器，其中以 mV * rpm 为单位测量的转换因子允许您使用以下公式确定频率：

除了本文讨论的传统类型的测速发电机外，脉冲传感器也用于现代技术。 基于光耦合器, 霍尔传感器 等等。测速发电机的优点是当与检测器配对时，它们不需要任何额外的电源。传统机器式测速发电机的缺点包括低速灵敏度差和引入制动力矩。