測速發電機——類型、裝置和工作原理

“tachogenerator”一詞來自兩個詞——希臘語“tachos”意為“快速”，拉丁語“generator”。測速發電機是一種可變或恆定的電測量微型機械，它安裝在設備的軸上，將軸的轉速的當前值轉換成電信號，其參數攜帶有關旋轉頻率的信息。

這個參數可以 產生的電磁場 或信號的頻率值。來自測速發電機的輸出信號可被饋送到視覺顯示器（例如顯示器）或饋送到測速發電機在其上運行的自動軸速控制裝置。

測速發電機有多種類型，具體取決於輸出端生成的信號類型：交流電壓或電流信號（異步或同步測速發電機），或恆定信號。

直流測速發電機

直流測速發電機是一種集電式機器，通過位於其定子上的永磁體（更常見）或勵磁線圈（不太常見）進行勵磁。測量電動勢在測速發電機的轉子繞組上感應，結果與轉子的旋轉角速度成正比，實際上與磁通量的變化率成正比，完全符合 與電磁感應定律.

輸出信號——其值也與轉子的旋轉角速度成正比的電壓——通過電刷從收集器中移除。由於工作涉及 收集器和畫筆，這樣的裝置比交流測速發電機磨損得更快。問題在於，在這種測速發電機的輸出信號中，電刷集電單元在其工作過程中會產生脈衝噪聲。

無論如何，直流測速發電機的輸出信號是電壓，這使得很難將電壓準確地轉換為速度，因為偏磁通量取決於磁鐵的溫度，取決於接觸點的電阻帶有收集器的電刷（隨時間變化），最後 - 來自永磁體隨時間的退磁。

然而，在某些情況下，直流測速發電機對於輸出信號的表示形式以及根據軸的旋轉方向的變化反轉該信號極性的自然現像是方便的。

直流測速發電機的特徵在於“轉換係數”St，它表示移除電壓 Uout 與對應於給定電壓的旋轉頻率 Frot 的比率。該參數在測速發電機的技術文檔中指定，測量單位為毫伏乘以每分鐘轉數。了解此參數和測速發電機的輸出電壓後，您可以使用以下公式計算當前頻率：

內置測速發電機的電動機：

異步交流測速發電機

異步交流測速發電機在設計上相似 用於異步鼠籠式電機…這裡的轉子以空心圓柱體（通常是銅或鋁）的形式製成，定子包含兩個彼此成直角的繞組。定子繞組之一是勵磁繞組，第二個是輸出繞組。向勵磁線圈供給一定幅值和頻率的交流電，輸出線圈接測量裝置。

當鼠鼠轉子旋轉時，它週期性地打破兩個線圈磁通量的初始正交性，由於磁場圖像的失真，在輸出線圈中周期性地感應出 EMF。如果轉子靜止，則勵磁線圈的磁通量不會失真，並且在輸出線圈中不會感應出 EMF。此處，生成的 EMF 的大小與軸的旋轉速度成正比。

由於提供給勵磁繞組的電流有其自己的頻率，不同於軸的旋轉速度，因此這種測速發電機稱為異步。除其他外，這種設計可以通過輸出信號的相位判斷轉子的旋轉方向——當改變旋轉方向時，相位反轉。

同步交流測速發電機

同步測速發電機是無刷交流電機。轉子的磁化由永磁體產生，而一個或多個繞組存在於定子上。在這種情況下，輸出信號的幅度及其頻率都將與軸的旋轉速度成正比。因此，速度數據既可以通過振幅值（振幅檢測）測量，也可以直接通過頻率（頻率檢測）測量。但是，無法根據同步測速發電機的輸出信號確定旋轉方向。

同步交流測速發電機的轉子可以製成多極磁鐵的形式，並在軸旋轉一圈的輸出信號中連續給出幾個脈衝。這種測速發電機與異步發電機一樣，使用壽命更長，因為它們沒有容易發生機械磨損的電刷收集裝置。

頻率檢測

由於同步測速發電機的輸出頻率不依賴於溫度和其他因素，因此使用它進行的頻率測量更加準確。計算很簡單，知道轉子的極對數p就可以了：

但也有細微差別。為了使計算的精度足夠高，有必要分配理論上速度已經可以改變的時間，這意味著在對脈衝進行計數時，測量誤差會增加，這是有害的。

為了減少測量誤差，將轉子做成多極，這樣可以更快地進行計算，從而可以更快地跟踪控制系統的響應。對於一個極點，頻率使用以下公式計算：

其中 N 是讀取的脈衝數，T 是脈衝計數週期

對於同步測速發電機，信號的幅度隨速度變化，因此，在設計輸出頻率檢測器時，重要的是要考慮測速發電機輸出電壓的整個可能幅度範圍。

振幅檢測

用幅值法定頻，檢頻電路會更簡單，但這裡要考慮溫度、非磁隙變化等因素的影響。頻率越大，輸出信號的幅度越大，因此檢波電路通常是整流器和 低通濾波器，其中以 mV * rpm 為單位測量的轉換因子允許您使用以下公式確定頻率：

除了本文討論的傳統類型的測速發電機外，脈衝傳感器也用於現代技術。 基於光耦合器, 霍爾傳感器 等等。測速發電機的優點是當與檢測器配對時，它們不需要任何額外的電源。傳統機器式測速發電機的缺點包括低速靈敏度差和引入製動力矩。