Тахогенераторы постоянного и переменного тока, импульсные тахогенераторы. Назначение, принцип действия, основные характеристики.

Тахогенераторы предназначены для преобразования угловой скорости двигателя или рабочего органа механизма в электрический сигнал. Выполняют в системах управления электроприводами функции датчиков или измерителей скорости.

Тахогенераторы (ТГ) представляют собой специализированные электрические машины небольшой мощности, выходное напряжение Uтг которых пропорционально угловой скорости со их якоря (ротора). Основное требование к тахогенераторам заключается в максимальном приближении зависимости U_ТГ () к линейной, что определяет точность их работы. По принципу действия различают тахогенераторы постоянного и переменного тока.

Тахогенераторы постоянного тока. Тахогенератор постоянного тока представляет собой электрическую машину постоянного тока с независимым возбуждением или постоянными магнитами (рис. 2.92, а *Схема (а) и характеристики тахогенератора постоянного тока (б)*). Входная координата ТГ — угловая скорость, а выходная — напряжение U_вых, выделяемое на сопротивлении нагрузки. Так как: E_ТГ=kФ =I (R _{Т Г} + R _Н ), то U_вых=((kФ)/(1+R_ТГ/R_Н)) =k_ТГ , где k_ТГ =(kФ)/(1+R_ТГ/R_Н) - передаточный коэффициент ТГ, В*с/рад; k —pN/2 па — конструктивная постоянная; Ф — магнитный поток возбуждения, Вб; R_{т г} — сопротивление якорной обмотки и щеточного контакта, Ом.

Передаточный коэффициент ТГ, строго говоря, не остается постоянным при изменении скорости из-за нелинейности сопротивления щеточного контакта и реакции якоря. Поэтому в характеристике наблюдается определенная нелинейность в зонах малых и больших скоростей (рис. 2.92, б). Нелинейность в зоне малой скорости уменьшают при помощи металлизированных щеток с малым падением на­пряжения. Нелинейность характеристики из-за реакции якоря снижается ограничением сверху скорости и увеличением сопротивления нагрузки. При выполнении указанных мероприятий характеристику ТГ можно считать практически прямолинейной.

На работу ТГ существенное влияние оказывают конструктивно-технологические погрешности. Это коллекторные пульсации напряжения, обусловленные конечным числом коллекторных пластин, пульсации из-за зубцовой конструкции якоря, оборотные пульсации, вызванные несимметрией воздушного зазора. Погрешности от указанных пульсаций сильнее искажают выходной сигнал ТГ в области низких скоростей. При снижении скорости уменьшается их частота и увеличивается амплитуда относительно уровня передаваемого сигнала. Эти погрешности ог­раничивают нижний предел скорости ТГ. Для уменьшения перечислен­ных пульсаций тахогенераторы выполняются с повышенным числом коллекторных пластин, со скошенными по винтовой линии на одно зубцовое деление пазами якоря, с увеличенным воздушным зазором. Тахогенераторы высокой точности выполняются с полым беспазным якорем. Для дополнительного снижения пульсации к выходу ТГ подклю­ет конденсатор (рис. 2.92, а), при этом передаточная функция ТГ приобретает вид:

где - постоянная времени фильтра, с.

Конденсатор С выполняет функцию фильтра высокочастотных, относительно угловой скорости, пульсаций. Чем больше Т_ф., тем меньше пульсации выходного напряжения ТГ. Однако при этом ограничивается частотная полоса пропускания ТГ.

Тахогенераторы переменного тока. Наибольшее распространение получили тахогенераторы, выполненные на базе асинхронной двухфазной машины. На статоре имеются две взаимно перпендикулярные обмотки: обмотка возбуждения, расположенная по оси , и выходная обмотка, расположенная по оси и включенная на сопротивление нагрузки Z_Н (рис. 2.93* Схема асинхронного ТГ переменного тока *). Для уменьшения момента инерции ротор выполняется тонкостенным в виде полого стакана из немагнитного материала (обычно алюминиевого сплава). Внутри ротора размещается неподвижный стальной шихтованный сердечник, по которому замыкается магнитный поток.

Для получения выражения для выходного напряжения ТГ воспользуемся методом симметричных составляющих. В соответствии с этим методом напряжение возбуждения представляется вектором в комплексной плоскости (рис. 2.94* Векторная диаграмма асинхронного ТГ *). Вектор заменяется двумя симметричными двухфазными системами векторов: — прямая последовательность и — обратная последовательность. Исходную векторную систему можно формально рассматривать как несимметричную двухфазную систему, в которой один из векторов, а именно . Тогда запишем уравнение баланса для напряжения:

Для каждой симметричной системы напряжений справедлива схема замещения асинхронной машины. Поскольку прямая и обратная пос­ледовательности напряжений создают магнитные поля, вращающиеся в противоположных направлениях, различие в схемах замещения бу­дет заключаться только в разных скольжениях:

для прямого поля s1=1-( / _c) = 1 - '; для обратного поля s₂ = 1+ ( / _c) =1+ ’,

где _с — синхронная скорость ротора, т.е. скорость поля, рад/с; ' — относительная скорость ротора, рад/с. Напряжение на выходе ТГ пропорционально угловой скорости ротора, т.е. U_ТГ=к_ТГ .

Однако следует иметь в виду, что при изменении направления угловой скорости изменяется фаза выходного напряжения на 180°. В области малых скоростей выходная эдс практически пропорциональна скорости, а с ростом скорости линейность выходной характеристики несколько нарушается (рис. 2.95* амплитуда и фазовая характеристики асинхронного ТГ *), к_тг уменьшается, что ведет к соответствующим погрешностям. Поэтому для исключения погрешностей при выборе тахогенератора следует учитывать диапазон изменения скоростей. Кроме того, наибольшая точность работы тахогенератора обеспечивается в режиме, близком к режиму холостого хода.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: