Тахогенераторы переменного тока

СОДЕРЖАНИЕ:

Виды автоматических систем. Классификация датчиков. Индуктивные измерительные преобразователи , страница 6

Вопросы, рассматриваемые на лекции

1. Тахогенераторы. Классификация. Тахогенераторы постоянного тока.

2. Тахогенераторы переменного тока. Погрешности. Преимущества и недостатки. Требования к тахогенераторам.

Тахогенератор представляет собой электромеханический элемент, преобразующий частоту вращения какого-либо вала в электрический сигнал, то есть является измерительным преобразователем генераторного типа.

Применяются тахогенераторы в САУ в качестве элементов первичной информации (для измерения угловой скорости вращения валов рабочих механизмов) и в качестве корректирующих элементов, выполняющих стабилизацию частоты вращения.

1) по роду тока: — тахогенераторы переменного тока и- постоянного тока.

2) по способу возбуждения — тахогенераторы постоянного тока: магнитно-электрические (с возбуждением постоянными магнитами); электрические, имеющие обмотку возбуждения с независимым источником питания.

3) тахогенераторы переменного тока: синхронные, асинхронные.

Тахогенераторы постоянного тока.

IВ – ток в обмотке возбуждения

Стабилизация тока в обмотке возбуждение достигается питанием обмотки от источника стабилизированного напряжения, применением температурной компенсации изменения сопротивления.

магнитоэлектрический электрический

ЭДС, снимаемая щетками с коллектора

ω – частота вращения ротора (якоря)

Статическая характеристика тахогенератора , k — коэффициент преобразования, составляет от 3 до 100 . Статическая характеристика будет линейной при постоянном магнитном потоке возбуждения.

При малой скорости вращения якоря выходная ЭДС соизмерима с падением напряжения на переходном сопротивлении щеток, на статической характеристике появляется зона нечувствительности, определяемая значением минимальной скорости вращения якоря ωmin=ΔUщет/kmax.

Тахогенераторы переменного тока

В синхронных тахогенераторах постоянный магнит создаёт магнитный поток, пересекающий обмотку статора, в которой генерируется выходное напряжение Uвых=kω.

Синхронные тахогенераторы применяются для контроля частоты вращения какихлибо валов. В САУ практически не применяются, так как изменяется не только амплитуда , но и его частота, то есть статические характеристики нелинейные.

В САУ в качестве датчика угловой скорости применяют асинхронные тахогенераторы. На статоре расположены две обмотки, сдвинутые в пространстве на относительно друг друга: обмотка возбуждения, питаемая переменным напряжением постоянной амплитуды и частоты, и генераторная обмотка – квадратурная, в которой создается выходное напряжение. Ротор выполняется полым или короткозамкнутым.

При неподвижном роторе работа тахогенератора подобна работе трансформатора с замкнутой вторичной обмоткой.

При включении ОВ в цепь переменного тока с напряжением и частотой , возникает МДС возбуждения и в магнитопроводе наводится пульсирующий магнитный поток , который пронизывая полый ротор наводит в нем трансформаторную ЭДС. В ГО поток возбуждения не наводит ЭДС, так как ось обмотки ОГ перпендикулярна ОВ.

неподвижный ротор подвижный ротор

Под действием трансформаторной ЭДС в стенках полого ротора возникают токи I2тр, практически совпадающие с ней по фазе, так как ротор имеет большое активное сопротивление. Токи I2тр создают МДС ротора, направленную встречно МДС FВ. В результате взаимодействия и FВ., создается результирующий магнитный поток , пульсирующий с частотой .

При вращении ротора тахогенератора с частотой , при пересечении стенками стакана ротора силовых линий магнитного потока в роторе наводится ЭДС вращения, значение которой пропорционально индукции магнитного поля Вd, частоте вращения ротора. Частота изменения ЭДС вращения зависит от частоты пульсации магнитного потока ., то есть . Максимальное значение ЭДС вращения — в точках стенок ротора, которые расположены по продольной оси ,так как в этих точках значение максимально.

Под действием ЭДС вращения в роторе возникают токи , совпадающие с ней по фазе. Токи создают в роторе МДС , направленную по поперечной оси. МДС создают магнитный поток , который наводит в ОГ переменную ЭДС ЕГ.

Так как , , постоянно. Следовательно, и Ф2q

При подключении к ОГ сопротивления Zн в её цепи появится . Так как Zн достаточно большое, то невелик и не вызывает значительного падения напряжения. Поэтому и . То есть, амплитуда выходного напряжения пропорциональна частоте вращения ротора, а частота выходного напряжения равна в ОВ и не зависит от n.

Погрешности реальных асинхронных тахогенераторов:

1) с ростом тока выходное напряжение всё больше отличается от ЭДС ГО амплитудой и фазой, возникают амплитудная и фазовая погрешности

Амплитудная и фазовая погрешность зависит от частоты вращения ротора n, температуры и от частоты .

Все погрешности можно разделить на скоростные, температурные, частотные, вызванные остаточной ЭДС.

Достоинства: отсутствие скользящего контакта, отсутствие зоны нечувствительности на статической характеристике, малая инерционность у тахогенератора с полым ротором.

Недостатки: нелинейность выходной характеристики, несимметричность выходной характеристики, небольшая выходная мощность, повышенные габариты и масса.

Требование к тахогенераторам: выходная характеристика должна быть максимально приближена к прямолинейной и иметь наибольшую крутизну. На её форму не должны влиять внешние факторы температура и давление; выходное напряжение при n=0 должно быть минимальным; выходное напряжение должно быть симметричным; выходная мощность должна быть достаточной для подключения к нему приборов; пульсации выходного напряжения должны быть минимальные.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 266
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 602
  • БГУ 153
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 962
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 119
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1967
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 300
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 409
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 497
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 130
  • ИжГТУ 143
  • КемГППК 171
  • КемГУ 507
  • КГМТУ 269
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2909
  • КрасГАУ 370
  • КрасГМУ 630
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 139
  • КубГУ 107
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 367
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 330
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 636
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 454
  • НИУ МЭИ 641
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 212
  • НУК им. Макарова 542
  • НВ 777
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1992
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 301
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 119
  • РАНХиГС 186
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 243
  • РГГМУ 118
  • РГПУ им. Герцена 124
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 122
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 130
  • СПбГАСУ 318
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 147
  • СПбГПУ 1598
  • СПбГТИ (ТУ) 292
  • СПбГТУРП 235
  • СПбГУ 582
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 193
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 380
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1655
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1513
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2423
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 324
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 306

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Тахогенератор

Тахогенера́тор (от др.-греч. τάχος — быстрейший, скорость и генератор) — измерительный генератор постоянного или переменного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал.

Величина (ЭДС), а в некоторых типах ТГ и частота, сигнала прямо пропорциональны частоте вращения.

Сгенерированный сигнал подаётся для непосредственного отображения на специально проградуированный вольтметр (тахометр), либо на вход автоматических устройств управления, отслеживающих частоту вращения.

Содержание

Принцип действия [ править ]

Действие тахогенератора основано на пропорциональности угловой частоты вращения ротора генератора к его ЭДС при постоянном значении потока возбуждения.

Тахогенераторы делятся на несколько типов: переменного тока (синхронные и асинхронные) и постоянного тока.

Асинхронные тахогенераторы переменного тока [ править ]

По конструкции подобны асинхронным электродвигателям с полым короткозамкнутым ротором. На статоре такого тахогенератора расположены под углом 90° две обмотки, одна из которых (обмотка возбуждения) питается переменным током постоянной частоты и постоянного напряжения, а вторая является выходной, и к ней может быть подсоединён измерительный прибор (вольтметр, отградуированный, например, в об/мин). Так как частота выходного напряжения не зависит от частоты вращения ротора и равна частоте напряжения в катушке возбуждения, такой тип тахогенератора и называется асинхронным. А благодаря двум независимым катушкам АТГ может не только отображать скорость вращения, но и определять направление вращения изменением фазы выходного сигнала на 180° при изменении направления вращения.

Синхронные тахогенераторы переменного тока [ править ]

Небольшие бесколлекторные синхронные машины с постоянным магнитом в качестве ротора и катушкой в качестве статора.
Такой тахогенератор преобразует скорость вращения ротора в переменное напряжение, амплитуда и частота которого зависит от скорости вращения ротора. Однако такой вид тахогенератора не может указать на направление вращения, что может быть существенным минусом.
Ротор СТГ чаще всего делают из многополюсного постоянного магнита, из-за чего на 1 оборот ротора приходится несколько периодов выходного сигнала.
Данный вид тахогенератора обладает большим сроком службы, так как в нем отсутствует коллекторно-щеточный узел. Считывание сигнала возможно двумя способами: частотным и амплитудным.

Частотный способ определения скорости вращения [ править ]

Так как частота выходного сигнала не зависит от температуры, уменьшения магнитного потока вызванного старением и величины зазора между ротором и статором тахогенератора, то этот способ является одним из самых точных. Скорость вращения вычисляется путем определения частоты выходного сигнала и дальнейшим вычислением частоты вращения ротора по формуле:

Где Frot — частота вращения ротора в Гц, Fout — частота сигнала на выходе тахогенератора, p — число пар полюсов ротора тахогенератора.

Недостатком данного метода является то, что для более точного определения частоты необходимо больше времени, и за это время частота может значительно измениться. А значит чем больше времени тратится на накопление импульсов для определения частоты, тем больше погрешность в измерениях, и тем более медленно схема управления компенсирует увеличение или уменьшение скорости вращения, что плохо сказывается на динамичности системы в целом.
Для снижения погрешности используют СТГ с бо́льшим числом полюсов, что позволяет сократить время определения выходной частоты, а значит и время реакции управляющей схемы.
Определить частоту сигнала можно из накопленных и усредненных периодов нескольких импульсов. Расчет производится по формуле:

Где Fout — частота сигнала на выходе тахогенератора, N — число накопленных импульсов, T — длина каждого периода.

При таком способе определения скорости вращения надо учитывать, что амплитуда выходного сигнала тоже меняется, а значит вход детектора частоты должен быть рассчитан на низко- и высоковольтный входной сигнал, что в ряде случаев может являться недостатком, в силу усложнения схемы.

Амплитудный способ определения скорости вращения [ править ]

Такой способ определения частоты не очень точен из-за зависимости от температуры, зазора между ротором и статором, от изменений магнитного потока магнита ротора при старении, а так же из-за влияния частотной модуляции на реактивные элементы цепи. Но в ряде случаев данный способ оправдывает себя, компенсируя недостатки простотой схемы управления.
По мере увеличения скорости вращения, ЭДС, генерируемая в обмотке статора СТГ, будет возрастать. Для снятия показаний с тахогенератора и приведения их к удобной форме используется одно- или двухполупериодный выпрямитель и НЧ фильтр, сглаживающий пульсации.
Отношение напряжения к частоте вращения ротора описывает параметр «крутизна выходного напряжения», представляемый обычно в mV*RPM (милливольт на оборот в минуту). Зная этот параметр можно определить частоту вращения ротора по формуле:

Где Frot — частота вращения ротора в Гц, Uout — выходное действующее напряжение с тахогенератора, St — крутизна выходного напряжения в mV*RPM

Тахогенераторы постоянного тока [ править ]

Небольшие коллекторные машины, поток возбуждения в которых создаётся постоянным магнитом или независимой обмоткой.
Из-за наличия щёточно-коллекторного узла ресурс данного типа тахогенератора меньше, чем например у СТГ переменного тока, а из-за переключения между обмотками порождаются дополнительные шумы. Так же, из-за того что сигнал ТГ постоянного тока изменяется по амплитуде, его сопровождает ряд вносящих нелинейность в показания проблем, таких как: зависимость от температуры, сопротивления щеточно-коллекторного перехода, возраста магнита статора и зазора между ротором и статором.
Плюсами ТГ постоянного тока является удобная форма представления выходного сигнала и возможность определять не только скорость вращения ротора, но и направление его вращения(в случае реверса сигнал будет отрицательной полярности).
Скорость вращения ротора определяется только аналоговым способом — по мере увеличения скорости вращения, ЭДС, генерируемая в обмотках ротора тахогенератора, будет возрастать.
Отношение напряжения к частоте вращения ротора описывает параметр «крутизна выходного напряжения», представляемый обычно в mV*RPM (милливольт на оборот в минуту). Зная этот параметр можно определить частоту вращения ротора по формуле:

Где Frot — частота вращения ротора в Гц, Uout — выходное напряжение с тахогенератора, St — крутизна выходного напряжения в mV*RPM. Направление вращения определяется знаком результата.

Достоинства и недостатки [ править ]

  • Пара тахогенератор — тахометр не требует дополнительных источников питания, просто и достаточно надёжно в работе.
  • Тахогенераторы не могут измерять очень медленное вращение — получающийся сигнал чересчур мал.
  • Некоторые тахогенераторы создают дополнительную нагрузку на вращающийся вал и содержат трущиеся детали, требующие регулярного ухода.

Функциональные аналоги [ править ]

С развитием электроники тахогенераторы заменяются на схемы с оптронами открытого типа, реагирующими на отражение света от меток на вале или на прерывания луча света крыльчаткой, размещённой на валу — датчики угла поворота (энкодеры)), либо индукционные датчики, датчики Холла и прочие подобные электронные датчики.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

05.06.2014

Что такое тахогенератор?

Тахогенераторы предназначены для преобразования частоты вращения валов машин и механизмов в пропорциональное электрическое напряжение. Основным техническим требованием к тахогенераторам является сохранение линейности и симметричности выходной характеристики во всем диапазоне изменения частоты и направления вращения.

На судах применяют тахогенераторы постоянного и переменного тока для измерения частоты вращения гребных валов и прочих механизмов, а также в системах автоматики для получения обратных связей по частоте вращения.

Каждый электрик должен знать:  Как сделать подсветку клавиатуры видео, пошаговая инструкция

Тахогенераторы постоянного тока конструктивно мало отличаются от обычных машин постоянного тока. Тахогенератор типа МЭТ представляет собой генератор с постоянными магнитами (рис. 1,а). Соединение вала тахогенератора с валом механизма осуществляется при помощи шестеренных или цепных передач.

Зависимость выходного напряжения от частоты вращения связана с нагрузкой тахогенератора. Чем больше ток нагрузки, тем больше падение напряжения в цепи якоря и тем меньше выходное напряжение. Поэтому в эксплуатации необходимо следить за постоянством сопротивления нагрузки и при отключении одного из одновременно работающих указателей включить замещающий резистор.

Постоянные магнитны тахогенераторов постепенно теряют свои свойства, поэтому для поддержания постоянства магнитного потока необходимо изменять положение магнитного шунта так, чтобы магнитный поток, пронизывающий якорь тахогенератора, оставался постоянным.

В качестве указателей применяют двусторонние магнитоэлектрические вольтметры специальной конструкции, у которых шкала занимает 240° и проградуирована в оборотах в минуту.

Тахогенератор типа ТЭ-204 представляет собой трехфазный синхронный генератор с колоколообразным ротором (рис. 1,б). Ротор, выполненный из высококоэрцитивного никель-алюминиевого сплава, намагничивается на два полюса. Статор, набранный из пластин электротехнической стали толщиной 0,35 мм, имеет шесть зубцов, вокруг которых намотана трехфазная обмотка.

Каждая обмотка фазы состоит из четырех катушек, а обмотки статора соединены звездой. Ротор соединен с валом механизма специальным гибким валиком. При вращении ротора в обмотках статора наводятся токи, частота которых изменяется прямо пропорционально частоте вращения вала.

От тахогенератора получает питание синхронно-реактивный двигатель указателя. Ротор двигателя указателя вращается синхронно с ротором тахогенератора.

Тахогенераторы постоянного тока

Читайте также:

  1. I. Измерение силы тока.
  2. Асинхронные тахогенераторы.
  3. Вектор плотности теплового потока.
  4. ВОЛ. КОНТАКТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА КПВ-600 (2 исполнения контактной системы: с замыкающими и размыкающими контактами), КТПВ-600, КП-7, КМВ-521, КМГ16, МК5
  5. Вращения двигателей постоянного тока
  6. Вторичное распределение тока.
  7. Вывод дифференциальных уравнений теории постоянного магнитного поля
  8. Гарантийная наработка шин грузовых автомобилей постоянного давления
  9. Генератор постоянного тока
  10. Графическое изображение постоянного и переменного токов
  11. Данный тип защиты применяется в тяговых сетях постоянного тока.
  12. Двигатели постоянного тока (ДПТ)

Микромашины постоянного тока

Представляют собой небольшие генераторы с независимым возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов. Конструктивно не отличаются от обычных машин постоянного тока малой мощности.

Принципиальная схема тахогенератора представлена на рисунке 4.1.1:

Входное напряжение тахогенератора изменяется по закону:

a — угол поворота;

k – постоянная величина.

n- частота вращения якоря.

Основным требованием к тахогенераторам является линейность выходной характеристики.

Тахогенераторы служат для преобразования механического перемещения в электрический сигнал – UВЫХ.

Выходное напряжение тахогенератора UГ может быть выражено как напряжение обычного генератора постоянного тока, через ЭДС якоря Еа, падение напряжения в обмотке якоря ( ) и падение напряжения на щеточном контакте DUЩ.

следует выразить ЭДС якоря через магнитный поток и частоту вращения якоря:

(2) А ток якоря, выразить через напряжение на выходе и сопротивление нагрузки RНГ.

Подставив в (1), можно получить:

проведя преобразования, можно записать:

Если пренебречь падением напряжения на щеточном контакте, (т.е. принять DUЩ=0) выражение выходного напряжения примет вид:

При постоянных потоке, сопротивлении якоря и нагрузки( Ф=const, ra=const, RНГ=const)

, т.е. прямо пропорционально частоте вращения.

Зависимость напряжения на выходе тахогенератора UГ от частоты вращения якоря n называется выходной характеристикой.

Отклонение обозначается через k и называется крутизной выходной характеристики: .

На рисунке 4.1.2 представлены выходные характеристики тахогенератора постоянного тока. Чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше крутизна.

Наибольшая крутизна при RНГ=µ, с уменьшением RНГ, крутизна уменьшается (кривые 1 и 2):

В реальном тахогенераторе DUЩ¹0, поэтому выходная характеристика пересекает ось ординат не в начале координат, а в точке U’Г (прямая 3): за счет падения напряжения на щеточном контакте.

При n=0…nmin – зона нечувствительно­сти. В этой зоне прибор не покажет напряжение.

Границу зоны нечувствительности можно определить, подставив в (7) UГ=0 и выразив n:

Наличие зоны нечувствительности является большим недостатком

тахогенераторов постоянного тока.

Для уменьшения зоны нечувствительности уменьшают сопротивление щеточного контакта rщ .

например, применяют металлографитовые щетки.

Если магнитная система тахогенератора насыщена и RНГ невелико, то магнитный поток Ф тахогенератора не остается постоянным при работе. Он уменьшается на величину DФ с увеличением частоты n за счет размагничивающего действия реакции якоря. Выходная характеристика тахогенератора отклоняется от прямолинейной — кривая 4.

Таким образом, у тахогенератора появляется погрешность, которая доходит до 3%. Чтобы устранить погрешность, вызванную реакцией якоря, уменьшают насыщение тахогенератора.

Но уменьшение насыщения приводит к появлению температурной погрешности, т.е. с температурой меняется сопротивление обмотки возбуждения (за счет электрических потерь и внешних воздействий).

Изменение сопротивления обмотки возбуждения приводит к изменению тока возбуждения

Поток зависит от тока IВ: , т.е. тоже и , что ведет к изменению крутизны выходной характеристики.

Чтобы устранить температурную погрешность необходимо поддерживать постоянный магнитный поток. Это достигается двумя путями:

1. Выполнить машину насыщенной.

Если тахогенератор не насыщен, то изменение тока на DIВ ведет к большому изменению ЭДС (рис. 4.1.3).

При насыщении стремится к нулю. Но при этом увеличиваются размеры обмотки возбуждения, т.е. масса машины. Кроме того, насыщение увеличивает размагничивающее действие реакции якоря, что

рисунок 4.1.3 недопустимо при больших токах якоря.

2. Включить добавочное сопротивление rд, не зависящее от температуры (последовательно с обмоткой возбуждения).

В последнее время выпускают тахогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Достоинства таких тахогенераторов: Нет обмотки возбуждения, следовательно, температурная погрешность

(от изменения ra) незначительная. Тахогенератор (рисунок 4.1.4) не требует источника питания, может использоваться там, где нет электропитания. Постоянный магнит обеспечивает большую стабильность магнитного потока.

Недостаток: изменение характеристик тахогенератора в связи со старением постоянных магнитов, особенно при эксплуатации в условиях тряски, вибрации.

Достоинства тахогенераторов постоянного тока:

1. Полное отсутствие фазовой погрешности и влияния на показатели характера нагрузки(индуктивной, активной, емкостной) – на величину выходного напряжения(т.к. работает на постоянном токе).

2. Высокая линейность выходной характеристики.

3. Малые габариты и масса при увеличении выходной мощности.

Недостатки тахогенераторов постоянного тока:

1. Нестабильность выходной характеристики из-за изменения переходного сопротивления контактов.

2. Появление зоны нечувствительности при малых частотах вращения якоря.

3. Несимметрия выходной характеристики – неравенство напряжения при вращении якоря в различных направлениях.

Возникает при неточности установки щеток на геометрической нейтрали, а также за счет смещения щеток в процессе эксплуатации.

Ошибка асимметрии выходного напряжения обычно выражается в процентах:

UПР – напряжение при правом вращении якоря;

UЛ – напряжение при левом вращении якоря с одинаковой частотой.

4.2 Исполнительные двигатели постоянного тока.

Используются для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение вала.

1. Высокое использование активных материалов машины КПД=40…70%.

2. Отсутствие самохода.

3. Устойчивая механическая характеристика независимо от параметров машины.

4. Высокая степень линейности характеристик.

5. Хорошее быстродействие.

6. Возможность получения теоретически любых частот вращения.

7. Возможность просто, плавно, экономично и в широком диапазоне регулировать частоту вращения.

8. Значительный пусковой момент.

9. Малые габариты и масса по сравнению с использованными двигателями постоянного тока.

Наличие скользящего контакта между щетками и коллектором приводит к снижению надежности.

Конструктивно исполнительные двигатели постоянного тока представляют собой коллекторную машину, у которой обмотка якоря и обмотка возбуждения питаются от двух независимых источников питания. В исполнительных двигателях нет дополнительных полюсов, т.к. реакция якоря невелика и коммутация удовлетворительная.

Исполнительные двигатели работают в основном в переходном режиме, т.е. для них характерны частотные пуски, остановки, реверсы.

По способу управления различают исполнительные двигатели с якорным и полюсным управлением.

Дата добавления: 2014-01-13 ; Просмотров: 1224 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Принцип работы

Тахогенератор постоянного тока — это машина постоянного тока с независимым возбуждением или возбуждением постоянными магнитами, работающая в генераторном режиме. По конструкции он почти не отличается от машин постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока служат для измерения частоты вращения по значению выходного напряжения, а также для получения электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования.

Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: а) линейность выходной характеристики; б) большая крутизна выходной характеристики; в) малое влияние на выходную характеристику изменения температуры окружающей среды и нагрузки; г) минимум пульсаций напряжения на коллекторе.

На. рис. 9.5 показаны принципиальные схемы тахогенераторов постоянного тока с электромагнитным возбуждением (а) и возбуждением постоянными магнитами (б).

В случае электромагнитного возбуждения обмотку возбуждения ОВ подключают к источнику постоянного тока (рис. 9.5, а). Тахогенератор возбуждается и если его

якорь привести во вращение с частотой n, то на выходе генератора появится постоянное напряжение Uвых. Уравнение выходной характеристики тахогенератора имеет вид

где rа — сопротивление обмотки якоря, Ом; Rн — внутреннее сопротивление прибора, подключенного к тахогенератору, Ом.

Если пренебречь падением напряжения в щеточном контакте ?Uщ, то

Из (2) следует, что чем больше сопротивление прибора Rн тем больше крутизна выходной характеристики Сu. Наибольшая крутизна у выходной характеристики, соответствующей режиму холостого хода тахогенератора, когда обмотка якоря разомкнута» (RH = ?).

С ростом тока нагрузки (уменьшением RH) крутизна выходной характеристики уменьшается (рис. 9.6, а). У современных тахогенераторов постоянного тока Сu = (6ч260).10ЇіВ/(об/мин), что превышает крутизну асинхронных тахогенераторов. Выходная характеристика тахогенератора постоянного тока — прямая линия. Однако опыт показывает, что выходная характеристика прямолинейна только в начальной части (при малых относительных частотах вращения), а с ростом частоты вращения она становится криволинейной (рис. 9.6, а). Криволинейность характеристики усиливается при уменьшении сопротивления нагрузки RH и увеличении частоты вращения n. Это объясняется размагничивающим действием реакции якоря в тахогенераторе. Для уменьшения криволинейности выходной характеристики не следует использовать тахогенератор на его предельных частотах вращения и применять в качестве нагрузки приборы с малым внутренним сопротивлением.

В реальных условиях существует падение напряжения в щеточном контакте ?Uщ, поэтому выходная характеристика тахогенератора выходит не из начала осей координат, а из точки на оси ординат, отстоящей от начала координат на

Uщ = -[?Uщ/(1 + rа/ RH)](3)

Это приводит к появлению у тахогенераторов постоянного тока зоны нечувствительности е=±nmin, В пределах которой он не создает на выходе напряжения (рис. 9.6, 6).

Для уменьшения зоны нечувствительности в тахогенераторах применяют щетки с небольшим значением ?Uщ, т. е. с малым сопротивлением (медно-графитные или серебряно-графитные). В тахогенераторах высокой точности (прецизионных) используют щетки с серебряными или золотыми напайками.

В тахогенераторах постоянного тока технологическая неточность установки щеток на геометрической нейтрали вызывает еще один вид погрешности-ассимметрию выходного напряжения, Она заключается в том, что величина выходного напряжения различна при вращении якоря с одинаковой частотой, но в противоположных направлениях. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали возникает продольная составляющая потока якоря, которая при одном направлении вращения совпадает с потоком возбуждения, а при другом-противоположна ему. Следовательно, результирующий поток машины при обоих направлениях вращения будет различным, при этом различными будут э. д. с., индуктируемые в якоре.

Асимметрию выходного напряжения вычисляют как отношение разности выходных напряжений при вращении якоря с номинальной частотой в обоих направлениях к полусумме этих напряжений. В зависимости от класса точности тахогенератора скоростная амплитудная погрешность при номинальной частоте вращения составляет ±(0,05-3) %, а ошибка асимметрии равна ±(1-3)%.

Источником погрешности является также непостоянство магнитного потока обмотки возбуждения Фв. При электромагнитном возбуждении тахогенератора причиной

этого может быть колебание напряжения UВ, подводимого к обмотке возбуждения, нагрев этой обмотки.

В обоих случаях изменяется ток возбуждения IB что ведет к изменению потока Фв. Для уменьшения возможных колебаний потока Ф. магнитную систему тaxoгeнepaтора выполняют с сильным магнитным насыщением, т.е рабочую точку 1 на кривой намагничивания принимают за «коленом» насыщения магнитной системы. Из построений рис. 9.7, а видно, что изменение тока возбуждения Iв на ?Iв1 в зоне точки 1 вызывает изменение потока возбуждения на ?Фв1, значение изменений здесь намного меньше, чем в зоне точки 2, лежащей на прямолинейном участке кривой намагничивания, расположенном до «колена» насыщения (?Фв1

§2.9. Асинхронные тахогенераторы

Тахогенераторами называют электрические микромашины, работающие в генераторном режиме и служащие для преобразования угловой скорости в пропорциональный электрический сигнал. Выходная характеристика тахогенератора, т.е. зависимость между входной величиной – угловой скоростью вала ω2 и выходной – напряжением Uвых выходной обмотки, имеет вид

где Θ2 — угол поворота ротора тахогенератора;
Ктг — коэффициент передачи, равный крутизне тахогенератора ;
Sтг= ΔUвых/Δω2.
Как видно, тахогенератор можно использовать для электромеханического дифференцирования, если функцию задавать в виде угла поворота ротора.
Основные требования, предъявляемые к тахогенераторам, состоят в следующем: минимальная погрешность отображения функциональной зависимости, под которой понимают отклонение выходной характеристики от линейной зависимости; минимальное изменение фазы выходной ЭДС при изменении угловой скорости ротора; максимальная крутизна.
К тахогенераторам предъявляют также требования, зависящие от условий применения.

Конструкция и принцип действия.
Конструкция асинхронных тахогенераторов аналогична конструкции исполнительных асинхронных двигателей с полым немагнитным ротором (рис. 2.17).
Рассмотрим принцип работы асинхронного тахогенератора. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой, представленной на рис. 2.25. На этой схеме для упрощения качественного анализа полый ротор заменен конечным числом проводников, замкнутых накоротко в торцах. Для наглядности дальнейших пояснений проводники расположены в два слоя, хотя в действительности проводящий слой ротора единый. К обмотке статора В подводится неизменное по амплитуде и частоте напряжение возбуждения U1. Вторая обмотка статора Г является генераторной ,и с её выводов снимается выходной сигнал Ег. В общем случае обмотка замкнута на нагрузочное сопротивление Zн.

При неподвижном роторе тахогенератор можно рассматривать как трансформатор, первичной обмоткой которого служит обмотка статора В, а вторичной – обмотка ротора. Магнитный поток, созданный МДС обмотки В, пронизывает ротор и наводит в его проводниках трансформаторную ЭДС Ет (условно показана на внутреннем слое проводников). Поскольку ротор короткозамкнутый, по этим проводникам течет ток Iт и создается МДС, направление которой определяется правилом Ленца. Следовательно, по оси В тахогенератора устанавливается результирующий магнитный поток Фв, пульсирующий с частотой f1 напряжения возбуждения. При этом ЭДС Ег в генераторной обмотке равна нулю, так как вектор магнитного потока Фв перпендикулярен оси этой обмотки.
Приведем ротор тахогенератора во вращение с угловой скоростью ω2. Ввиду симметрии ротора процесс наведения в нем трансформаторной ЭДС Ет не изменится. По оси В, как и в предыдущим случае, пульсирует магнитный поток Фв, который в первом приближении можно считать не зависящим от ω2. Проводники ротора вращаются в поле Фв и в них наводится ЭДС вращения Евр (условно показана на внешнем слое проводников). При Фв=const ЭДС Евр является линейной функцией угловой скорости ротора. Под действием ЭДС вращения в обмотке ротора течет ток Iвр и создается магнитный поток Фг. Направление потока Фг, определенное по мнемоническому правилу буравчика, совпадает с осью генераторной обмотки Г. Поскольку ток Iвр прямо пропорционален ЭДС Евр, то созданный этим током магнитный поток Фг прямо пропорционален угловой скорости ротора ω2. Частота пульсации Фг совпадает с частотой напряжения возбуждения. Магнитный поток Фг индуцирует в генераторной обмотке статора трансформаторную ЭДС Ег= 4,44f1Фгwг.эф, где wг.эф – число эффективных витков обмотки Г.
Поскольку поток Фг прямо пропорционален угловой скорости ротора, то при принятом допущении о постоянстве потока Фв функция Ег=f(ω2) является линейной. Частота выходной ЭДС Фв совпадает с частотой f1потока и напряжения возбуждения и не зависит от угловой скорости ротора ω2.
В действительности, магнитный поток Фв несколько уменьшается при увеличении угловой скорости ротора ω2, т.к. возрастает размагничивающее действие токов ротора. Выходная характеристика тахогенератора Ег=f(ω2) отклоняется от линейной зависимости, т.е. появляется погрешность отображения функциональной зависимости.
Если замкнуть обмотку Г на нагрузочное сопротивление Zн, то по ней потечет ток Iг. Поток Фг будет создаваться геометрической суммой МДС ротора и обмотки статора Г, что скажется на амплитуде ЭДС Ег. Кроме того, само выходное напряжение Uг будет определяться геометрической разностью ЭДС Ег и падением напряжения на собственном сопротивлении обмотки Zг, т.е. Úг= Éг — ÍгZг. Указанные физические процессы обуславливают вид выходной характеристики тахогенератора при работе с нагрузкой.

Каждый электрик должен знать:  Что нужно для подключения 380 вольт к частному дому

Выходная характеристика.
Поскольку асинхронный тахогенератор по своей конструкции не отличается от рассмотренного ранее асинхронного исполнительного двигателя, то, учитывая принцип обратимости электрических машин, можно определить выходное напряжение Uг, пользуясь изложенной в §2.7 методикой анализа двухфазного микродвигателя.
Фазе Г асинхронного тахогенератора соответствуют схемы замещения фазы В исполнительного двигателя (см. рис. 2.21), если в цепь статора включить сопротивление Zн, а выходные выводы замкнуть накоротко. Схемы замещения фазы В тахогенератора совпадают со схемами замещения фазы В двигателя. Все параметры фазы Г тахогенератора соответствуют параметрам фазы У двигателя.Тогда

где А и В — комплексные коэффициенты, зависящие от параметров схемы замещения и нагрузки.
Если пренебречь индуктивным сопротивлением ротора, которое у асинхронных тахогенераторов, особенно с полым немагнитным ротором, значительно меньше активного, то

где Ce2=(Zвm+Rв2)/Zвm(обозначения по рис. 2.21)
Относительная угловая скорость ротора ω*21=1-s, где ω1— синхронная скорость (для тахогенератора эта скорость условная).
Выражение (2.51) является уравнением выходной характеристики асинхронного тахогенератора. Наличие в знаменателе этого выражения квадрата относительной скорости ω* 2 свидетельствует о нелинейности выходной характеристики и изменении фазы выходного напряжения тахогенератора (скоростные погрешности).
Для идеального тахогенератора, не имеющего скоростной погрешности, уравнение выходной характеристики получают из выражения 2.51 с учетом ω* 2 В=0:

Выходные характеристики, построенные по уравнению (2.51) для режимов х.х. и активной нагрузки, представлены на рис. 2.26а, где
Uг*=Uг /U1 (пунктиром показаны идеальные линейные характеристики).

Изменение выходного напряжения Uг и крутизны Sтг под влиянием значения и характера нагрузочного сопротивления определяются изменением комплексных коэффициентов А и В в выражении (2.51) и графически представлено на рис. 2.26, б.

Физическое обоснование зависимостей Uг, Sтг= f(XHCHL,R) уже было дано при рассмотрении принципа работы тахогенератора. Здесь только следует отметить, что в случае емкостной нагрузки при определенном значении XHC в цепи выходной обмотки имеет место резонанс напряжений. У современных асинхронных тахогенераторов крутизна при Zн>>Zг находится в диапазоне (1-10) мВ/(об/мин).

Погрешности и классы точности.
Принципиальной погрешностью преобразования угловой скорости в напряжение у асинхронных тахогенераторов является рассмотренная выше скоростная составляющая погрешности отображения функциональной зависимости и изменения фазы.
Расчетная скоростная составляющая погрешности отображения функциональной зависимости тахогенератора определяется разностью модулей напряжений согласно (2.51) и (2.53), а изменение фазы —разностью аргументов этих напряжений.
Как следует из (2.51) и (2.52), погрешность отображения уменьшается при увеличении активного сопротивления ротора, так как снижается значение коэффициента В. Однако нужно иметь в виду, что с увеличением активного сопротивления ротора уменьшается крутизна тахогенератора, так как возрастает значение коэффициента А.
Тахогенераторы целесообразно выбирать с такой синхронной скоростью, при которой относительное значение измеряемой скорости не будет превышать 0,2–0,3. В данном случае член ω* 2 мал, и выходная характеристика на рабочем участке ω* =0–0,3 практически линейна. Поэтому часто тахогенераторы выполняют для работы от сети переменного тока с повышенной частотой. Увеличение частоты пропорционально повышает синхронную скорость и соответственно понижает относительное значение измеряемой угловой скорости.
Среди эксплуатационных погрешностей асинхронного тахогенератора наиболее существенной является температурная погрешность. В основном она обусловлена нагревом ротора, активное сопротивление которого в несколько раз больше активного сопротивления статорных обмоток. Увеличение активного сопротивления ротора при нагреве приводит к изменению амплитуды и фазы выходного напряжения, т.е. приводит к появлению температурной погрешности. Чтобы не допустить данные явления, ротор прецизионных асинхронных тахогенераторов выполняют из материалов с низким значением температурного коэффициента сопротивления и применяют температурную компенсацию.
Технологические погрешности изготовления асинхронного тахогенератора приводят к появлению остаточной ЭДС – ЭДС в генераторной обмотке при неподвижном роторе. Эта ЭДС имеет две составляющие: постоянную, не зависящую от углового положения ротора, и переменную, которая изменяется в зависимости от угла поворота ротора.
Постоянная составляющая возникает в результате неточности сдвига статорных обмоток на угол 90° и, соответственно, появления трансформаторной связи между ними, и неоднородности магнитных свойств магнитопровода статора. Электрическая асимметрия ротора, заключающаяся в неодинаковой толщине его стенок или неточности его цилиндрической формы, вызывает образование переменной составляющей остаточной ЭДС.
Под влиянием остаточной ЭДС, не совпадающей по фазе с выходной ЭДС Ег, происходит смещение выходной характеристики из начала координат, появляются дополнительная составляющая погрешности отображения и изменения фазы, особенно при малых угловых скоростях ротора.
Асинхронные тахогенераторы имеют несколько классов точности в зависимости от уровня погрешностей. При определении погрешности отображения функциональной зависимости эталонная характеристика представляет собой прямую, проведенную в установленном диапазоне угловой скорости; у тахогенераторов различного класса погрешность составляет от 0,025 до 1 %. Остаточная ЭДС определяется как наибольшая остаточная ЭДС по основной гармонике в пределах оборота ротора, отнесенная к крутизне тахогенератора; у тахогенераторов различных классов приведенное значение остаточной ЭДС составляет (15–50) об/мин.
Существенными достоинствами асинхронных тахогенераторов являются высокая надежность,благодаря отсутствию скользящих контактов, и простота конструкции. К недостаткам асинхронных тахогенераторов следует отнести принципиальную нелинейность выходной характеристики и невысокую крутизну.

Тахогенераторы

Тахогенераторы постоянного и переменного тока

Тахогенератор (от греческого «быстрота, скорость и генератор») – измерительный генератор тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты вращения вала в пропорциональный электрический сигнал.

Величина сигнала прямо пропорциональна частоте вращения.

Сгенерированный сигнал подаётся для непосредственного отображения на проградуированный вольтмер (тахометр) либо на вход автоматических устройств, отслеживающих частоту вращения.

Различают тахогенераторы переменного тока (синхронные и асинхронные) и постоянного тока.

НПО ПРОМЭК поставит по Вашей заявке тахогенераторы, а также электродвигатели и различное электрооборудование от надежных производителей по дилерским ценам. Доставка до транспортной компании для Вас будет бесплатной. Запрашивайте цены и уточняйте технические характеристики: наши менеджеры ответят Вам по телефону, указанному на сайте, или на письмо. Кроме того, отправить заявку можно, кликнув «Заказать».

Доставка по России.
Скидки постоянным клиентам!

Датчики скорости. Тахогенераторы постоянного того (ТГ ПТ) и асинхронные тахогенераторы (АТГ).

При прямом способе измерения скорости движения применяют тахогенераторы, при косвенном способе измерения информацию о скорости получают через другие величины, более доступные для измерения.

Тахогенераторы. В качестве ДС в ЭП ПР применяют тахогенераторы (ТГ) постоянного тока и асинхронные тахогенераторы. Возможно применение и дифференциального трансформаторного датчика. Конструктивно чаще всего ТГ встраивается в двигатель и измеряет угловую скорость вращения вала двигателя. ТГ представляет собой электрическую машину постоянного тока или асинхронную машину, вал которого соединен с выходным валом двигателя. Угловая скорость измеряется, а выходное напряжение пропорционально угловой скорости. ТГ ПТ по принципу действия и конструктивному исполнению являются обычными электрическими машинами ПТ, работающими в генераторном режиме. возбуждение осуществляется либо от ПМ, либо от обмотки возбуждения.РИСУНОК

Для приводов, работающих на переменном токе, можно использовать ТГ переменного тока. Они представляют собой электрические машины переменного тока с короткозамкнутым или полым немагнитным ротором. Две статорные обмотки укладываются в пазы статора таким образом, что они смещены на 90 град, т.е.чтобы их магнитные оси были взаимно перпендикулярны. Одна из обмоток является возбуждающей и подключается к источнику питания переменного тока, другая обмотка-выходной.

Чувствительность ТГПТ 15…25 мВ/(об/мин), чувствительность АТГ 2…5 мВ/(об/мин). Точность измерения частоты вращения 0,5…2,5%, для прецезионных ТГ 0,05…0,1%. дополнительная погрешность температурная не превышает 0,4%. Выходное напряжение ТГПТ составляет 50В. Выходное напряжение АТГ 10…60В. В динамике ТГ описывается передаточной функцией апериодического звена , где КТГ-передаточный коэффициент ТГ, ТТГ-постоянная времени ТГ.

21.Аналоговые регуляторы скорости и тока: операционный усилитель с одним и несколькими входами.

В системах управления электроприводов аналоговые регуляторы скорости и тока строят на базе операционных усилителей. Они представляют собой усилители постоянного тока с отрицательной обратной связью и высоким коэффициентом усиления К по напряжению (порядка сотен тысяч). Входное сопротивление усилителя высокое, а выходное – малое. Операционные усилители почти идеально реализуют требуемый закон управления и выполнить любые арифметические действия. Возможность вычитания входных сигналов позволяет использовать усилитель в качестве элемента сравнения в контуре регулирования. Схема операционного усилителя с одним входом:

Передаточная функция ОУ вычисляется по формуле: W(S)=Uвых(S)/Uвх(S)= -z2(S)/z1(S), где z1(S) и z2(S)-операторы сопротивлений, знак «-» говорит о том, что выходной сигнал отличается по фазе от входного на 180 град. Приведенная формула справедлива,когда К»1

Схема операционного усилителя с несколькими входами:

Можно описать уравнением преобразования Лапласа Uвых(S)= -S(z2i(S)/z1i(S))·Uвх(S). Если включать различные резисторы и конденсаторы на входе усилителя и в обратной связи, то можно менять передаточную функцию регулятора, а значит, реализовать различные законы управления.

22.Цифровые датчики: кодовые датчики, использование резольвера в качестве датчика обратной связи в цифровых системах управления.

Кодовые датчики: они преобразуют угловое перемещение вала в код. Они выполняются в виде кодирующего диска с фотоэлектрической(оптической) системой считывания. Принципиальная схема кодирующего устройства:

где 1-вал кодирующего диска, 2-фотоприемники(фоточувствительные элементы), 3-источник света, 4-целевая диафрагма, 5-кодирующий диск. Диск представляет собой стеклянное основание с кодовой маской, состоящей из кодовых дорожек, число которых равно требуемому числу разрядов выходного сигнала. На дорожке чередуются прозрачные и непрозрачные для света участки. Прозрачные имитируют 1, а непрозрачные-0 двоичного кода. С одной стороны диска размещена источник света, а с другой-щелевая диафрагма и панель, на которой вдоль радиуса диска размещены фотоприемники (фоторезисторы или фотодиоды). Принцип действия: в момент измерения угла луч света проходит через щель и освещает фотоэлементы. Сигналы с них поступают в усилительно-преобразовательное устройство, формирующее выходной сигнал требуемого логического уровня. Этим устройством угол преобразуется в кодовую комбинацию электрических сигналов и записывается в память компьютера. Использование резольвера в качестве датчика обратной связи в цифровых системах управления: в этом случае аналоговый выходной сигнал резольвера преобразуют в цифровой код с помощью специального преобразователя.

где 1-генератор импульсов, 2-делитель частоты(f1:f2=2000:1), 3-преобразователь прямоугольного напряжения в синусоидальное, 4-звено, осуществляющее сдвиг фазы, 5-резольвер, 6-преобразователь напряжения, 7-звено, выделяющее фазу, 8-счетчик 11 бит, 9-регистр памяти.

Тахогенераторы и область их применения. Тахогенераторы постоянного и переменного тока

Тахогенератор это устройство, при вращении вала которого на его выходе вырабатывается электрическое напряжение. Величина этого напряжения пропорциональна скорости вращения вала

Тахогенераторы и область их применения. Тахогенераторы постоянного и переменного тока

Другие контрольные работы по предмету

В контурах, перпендикулярных оси обмотки возбуждения, под действием трансформаторной ЭДС протекают токи и возникает поток ФТР, который в соответствии с принципом Ленца направлен встречно потоку обмотки возбуждения, однако его действие компенсируется увеличением тока возбуждения. Так как ось генераторной обмотки перпендикулярна потоку ФТР, он не будет индуцировать в ней никакой ЭДС.

В контурах, параллельных оси обмотки возбуждения, но теперь уже под действием ЭДС вращения тоже протекают токи, которые создают свой поток ФВР. Он, пульсируя по оси генераторной обмотки, и наводит в ней выходную ЭДС. тахогенератор автоматика асинхронный погрешность

Если принять, что магнитный поток возбуждения является гармонической функцией времени ф = Фmsin(w1t), то мгновенное значение ЭДС вращения будет евр = сеФmsin(w1t)n. Ток, созданный этой ЭДС, i = eвр/rр = cе/rр*Фmsin(w1t)n (индуктивным сопротивление ротора можно пренебречь, поскольку он немагнитный, да к тому же выполнен из материала с высоким удельным сопротивлением). При отсутствии насыщения магнитный поток пропорционален току фвр = kфi = kфcе/rр*Фmsin(w1t)n.

Тогда мгновенное значение выходной ЭДС будет е = -WГdфвр/dt = -WГkфcе/rр*Фmw1cos(w1t)n = Еmsin(w1t — 900). Угловая частота сети w1 = 2pf. Так как ЭДС изменяется по гармоническому закону, ее действующее значение будет

Таким образом, величина выходной ЭДС асинхронного тохогенератора пропорциональна угловой скорости вращения, а ее частота равна частоте сети возбуждения.

При подключении нагрузки выходное напряжение UГ станет меньше ЭДС ЕГ на величину внутреннего падения напряжения IГZГ

В общем случае асинхронный тахогенератор (АТГ) представляет несимметричную двухфазную машину, которую можно исследовать методом симметричных составляющих,

Выходное напряжение UГ не является линейной функцией относительной угловой скорости вращения n. Нелинейность создает квадратичная зависимость Вn2. Если Вn2 = 0, то UГ становится пропорциональным n, а тахогенератор считается идеальным. При проектировании АТГ выражение Вn2стремятся уменьшить как за счет уменьшения n так и за счет уменьшения В.

Так как n1 = 60f/р, то с целью уменьшения n тахогенераторы проектируют на большую частоту f. Правда при этом не уменьшают р, поскольку при р > 1, слабее проявляется магнитная несимметрия машины. Обычно р = 2.

3.2 Погрешности асинхронного тахогенератора

Выходное напряжение является комплексной величиной, поэтому можно говорить об амплитудной и фазовой погрешностях АТГ.

Амплитудной погрешностью называется отклонение реальной характеристики U = f (n) от идеальной. Ее определяют как выраженное в процентах отношение разницы напряжений идеального и реального тахогенераторов к номинальному напряжению идеального АТГDU% = (UГИ — UГ) /UГИ.НОМ*100.

Уменьшению амплитудной погрешности способствует правильная калибровка АТГ, т.е. настройка схемы, в которой работает АТГ, на оптимальный наклон идеальной выходной характеристики АТГ. Так, если диапазон измеряемых частот вращения невелик, настройку лучше выполнить в соответствии с рис.4.2, а. Если же диапазон достаточно широк, целесообразно откалибровать АТГ по рис. 4.2, б.

Физическая природа амплитудной погрешности обуславливается рядом факторов. Во-первых, падением напряжения в генераторной обмотке IгZг, во-вторых, изменением тока возбуждения, а следовательно, и магнитного потока Фв в результате размагничивающего действия трансформаторной ЭДС ротора. Поток генераторной обмотки Фг направлен встречно потоку Фвр и немного уменьшает его — этотретья причина амплитудной погрешности. Ротор хотя и обладает большим активным сопротивление, все же имеет некоторое индуктивное сопротивление, в следствие чего поток Фвр содержит продольно-размагничивающую составляющую Фd, которая немного размагничивает АТГ, что является четвертой причиной амплитудной погрешности). И, наконец, от потока Фвр в роторе индуцируется ЭДС вращения, создающая ток и дополнительный магнитный поток, действующий на встречу потоку возбуждения. Поскольку эта дополнительная ЭДС пропорциональна угловой скорости вращения, ток возбуждения с увеличением n вынужден возрастать, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотке возбужденияи уменьшению потока ФВ.В этом заключается пятая причина амплитудной погрешности АТГ.

Фазовая погрешность — отклонение фазы выходного напряжения от фазы напряжения, принятого за базовое. Чаще всего в качестве последнего берут напряжение возбуждения.

Физическая природа фазовой погрешности в основном определяется индуктивными сопротивлениями статора и особенно ротора. Ее, как и амплитудную, можно уменьшить путем соответствующего выбора характера нагрузки.

Нельзя одновременно понизить и амплитудную, и фазовую погрешности. В тоже время видно, что, подключая параллельно генераторной обмотке различные сопротивления (осуществляя компаундирование), можно существенно уменьшить одну из них. Обычно ту, которая наиболее существенна для конкретной схемы работы АТГ.

Опыт показывают, что амплитудная и фазовая погрешности сравнительно невелики при малых n. Поэтому целесообразно ограничить диапазоны измеряемых относительных угловых скоростей вращения значениями 0ч0,25 для АТГ высокого класса точности и 0ч0,7 для остальных АТГ.

Нулевой сигнал — напряжение на генераторной обмотке при неподвижном роторе. Нулевой сигнал U0 не остается постоянным при повороте ротора. Он содержит две составляющие: постоянную и переменную

Постоянная составляющая обуславливается:

а) неточным сдвигом обмоток на 9О эл. град;

б) наличием короткозамкнутых контуров в сердечниках и обмотках;

в) неодинаковой магнитной проводимостью вдоль и поперек проката;

г) неравномерным воздушным зазором;

д) наличием потоков рассеяния и другими причинами, проводящими к магнитной связи двух, казалось бы, перпендикулярных обмоток. У большинства АТГ она достигает 25ч100 мВ.

Переменная составляющая обуславливается неодинаковой толщиной стенок в различных частях полого ротора, что приводит к разности активных сопротивлений элементарных контуров, к разности токов и потоков этих контуров. Она составляет 3ч7 мВ.

Для борьбы с постоянной составляющей нулевого сигнала, обмотки часто размещают на разных статорах: одну на внутреннем, другую на внешнем, а затем при сборке АТГ внутренний статор поворачивают до тех пор, пока нулевой сигнал не станет минимальным. В этом положении статор фиксируют.

Для борьбы с переменной составляющей ротор калибруют, т.е. удаляют часть металла, добиваясь его максимальной электрической симметрии.

Асимметрия выходного напряжения — неравенство напряжений АТГ при вращении с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях: U+n # U-n. Особенно ярко она проявляется на малых частотах вращения. Главная причина несимметрии заключается в наличии остаточной ЭДС (нулевого сигнала). Действительно, при смене направления вращения фаза основной ЭДС генераторной обмотки Ег изменяется на 180о, тогда как фаза нулевого сигнала Uo остается постоянной. В результате результирующая ЭДС выходной обмотки изменяется по величине: Ег.р(+n)# Eг.р(-n). Самый эффективный способ борьбы с асимметрий выходного напряжения является уменьшение нулевого сигнала.

Температурная погрешность. При изменении температуры окружающей среды, при нагревании АТГ в процессе работы изменяются активные сопротивления обмоток статора и ротора. Это приводит к дополнительному отклонению выходной характеристики от идеальной, к появлению дополнительных амплитудных и фазовых погрешностей. Наибольшее влияние в этом отношении оказывает изменение сопротивления обмотки возбуждения. Поэтому часто последовательно с ней включают терморезисторы, стабилизирующие полное сопротивление этой цепи.

С целью уменьшения влияния температуры на сопротивление ротора, его изготавливают из материала с низким температурным коэффициентом (манганина константана и др.)

В данной работе были рассмотрены принципы и назначения устройства, при вращении вала которого на его выходе вырабатывается электрическое напряжение — тахогенератор, которое применяются в системах и устройствах автоматики и вычислительной техники в качестве функциональных элементов. Все электромашинные элементы автоматики разделяются на три группы: исполнительные двигатели, электромашинные усилители и информационные машины. Информационные машины (измерительными преобразователями (ИП) называются устройства, предназначенные для преобразования разного рода не электрических величин в электрические сигналы), включают в себя тахогенераторы (применяются для измерения скорости вращения объекта, используются в устройствах электропривода, в транспортных средствах, станкостроении и пр.)

1.Education Banner Network — Образовательная Баннерная Сеть.

2.Motor Drive Automation. Специальные машины. Тахогенераторы.

Наладка электрических машин электроприводов — Тахогенераторы

Содержание материала

Основные требования, предъявляемые к тахогенераторам

Во многих регулируемых электроприводах тахогенераторы (ТГ) используются для питания вольтметров постоянного тока; вольтметры градуируются в единицах угловой скорости, об/мин, а иногда в единицах линейной скорости, м/сек. От ТГ, питающих вольтметры, требуется постоянство коэффициента передачи kT = UT/n при возможном изменении температуры и внешних магнитных полей.
Наладчик практически не может влиять на стабильность коэффициента передачи, но он должен проверить надежность ТГ (см. § 1-1) и снять основные характеристики; характеристику намагничивания UT = f(IB) (при n = const) и скоростную UT=f(n) при IB = const.
В системах авторегулирования с обратной связью по скорости от тахогенератора требуется не только указанная выше стабильность, но и низкий уровень пульсаций выходного напряжения. На работу быстродействующих электроприводов особенно сильно влияют оборотные — низкочастотные пульсации, так как их не представляется возможным отфильтровать без ухудшения динамических свойств системы [Л. 22, 24].
Допустимый уровень оборотных пульсаций ΔUоб оценивается в зависимости от характера электропривода. Для большинства регулируемых механизмов прокатных станов, металлообрабатывающих станков, подъемников считается приемлемым 1-2%. Следящие системы бумажного привода, прокатных клетей и иных агрегатов в отношении оборотных пульсаций предъявляют весьма высокие требования 0,1-0,2%.
Оборотные пульсации зависят не только от свойств ТГ, но и от способа сочленения ТГ с приводом [Л. 22]. Поэтому в ответственных электроприводах наладчик должен получить данные о пульсациях собственно ТГ, а затем о пульсациях, имеющих место после центровки ТГ на рабочем месте.
Согласно теории и экспериментальным данным [Л. 32] при сочленении через обычную пальчиковую муфту параллельное смещение вала ТГ относительно вала двигателя приводит к появлению периодических колебаний скорости Δηт и напряжения тахогенератора с длительностью периода, равной времени одного оборота вала. Амплитуды пульсации ∆п’об и ∆U’об (в относительных единицах) могут быть определены из простого соотношения
(4-1)
где а — величина параллельного смещения между осями валов; R— расстояние по радиусу от оси ТГ до оси пальца полумуфты.
По опытным данным эксплуатации оборотные пульсации, вносимые соединительной муфтой, составляют
1,5-5%.
При угловом смещении валов ТГ и двигателя пульсации имеют вдвое большую частоту; их амплитуда не зависит от размера полумуфт (от радиуса R) и определяется только углом перекоса а

(4-2)
В некоторых конструкциях полумуфт ∆U»об=2(1 — —cos2a). С точки зрения оборотных пульсаций можно допустить угловое смещение порядка 2—4°.
Методика центровки и рекомендуемые нормы приведены в параграфе 1-5.

Следует отметить, что вопрос о резком снижении оборотных пульсаций решается путем применения подвесных— плавающих конструкций ТГ. В таких конструкциях [Л. 22] вал ТГ жестко закрепляется на торце вала двигателя, а статор (корпус) опирается на подшипники и только удерживается от проворачивания.
Наряду с оборотными пульсациями ТГ постоянного тока обладают полюсными пульсациями ∆Uпол, связанными с магнитной несимметрией и зубцовыми пульсациями ∆Uзуб, зависящими от формы зубцов ротора (рис. 4-9). Форма выходного напряжения ТГ определяется наложением оборотных, полюсных, зубцовых и коллекторных пульсаций.
Коллекторные пульсации очень маломощны, сглаживаются легким фильтром и на работе регуляторов скорости, даже при электронном входе, не сказываются. Зубцовые пульсации достигают 0,5% и более, но так же как и коллекторные, имеют довольно большую частоту, благодаря чему легко сглаживаются.
У ТГ, распространенных в промышленности, полюсные пульсации составляют не менее ±0,7%’. Эта величина в 2—3 раза выше требований, предъявляемых, например, прокатными приводами, но, поскольку схема привода загрубляется в отношении оборотных пульсаций, она становится мало чувствительна и к полюсным пульсациям.

Рис. 4-9. Примерные пульсации напряжения тахогенератора постоянного тока.
∆Uο6 — скоростные (оборотные); ΔUΠ — полюсные; ΔU3— зубцовые.
Тахогенераторы переменного тока, используемые в схемах обратной связи, должны быть проверены на величину пульсаций выпрямленного напряжения. При синусоидальной форме линейного напряжения и шестифазном выпрямлении зубцовые пульсации составляют 14% (от амплитуды синусоиды); при 12-фазном выпрямлении — порядка 4 %.
Пульсации выпрямленного напряжения повышенной частоты легко сглаживаются, но при ограниченно линейных характеристиках регулятора скорости приводят к уменьшению коэффициента усиления системы. Поэтому при наладке чувствительных электроприводов с помощью электронного осциллографа необходимо оценить характер зубцовых пульсаций напряжения.

Снятие характеристик.

При снятии характеристик (намагничивания, скоростной, внешней) ТГ может приводиться во вращение любым маломощным двигателем с достаточным диапазоном регулирования скорости и сочленяться при помощи муфты, зубчатой или ременной передачи.
В ряде случаев для испытаний удобно устанавливать Т1 на обычном токарном станке (рис. 4-10). Различные скорости якоря (ротора) ТГ получаются путем переключения коробки скоростей.
Для производства измерений применяются тщательно проверенные тахометр, вольтметр и амперметр класса не ниже 0,5.
При помощи тахометра скорость может быть измерена с точностью до 2%; относительные величины скорости, требующиеся, например, для оценки линейности скоростных характеристик, могут быть определены с точностью до 0,2% стробоскопическим методом при пользовании неоновой лампой, питаемой от сети промышленного напряжения. Абсолютную величину скорости с точностью до 0,2% также можно определить стробоскопическим методом, но неоновая лампа в этом случае должна питаться от источника напряжения стабилизированной частоты.

Рис. 4-10. Установка тахогенератора на суппорте токарного станка.
Более точные методы измерений описаны в гл. 5. Снятие характеристик ТГ рекомендуется производить в следующем порядке.

Рис. 4-11. Характеристики тахогенератора постоянного тока.
а —схема; б — характеристика намагничивания; в —градуировочные характеристики.

  1. С помощью схемы, приведенной на рис. 4-11,а при неизменной скорости п0 снимается характеристика намагничивания Е=f(Iв). Во время испытаний скорость должна быть близка к рабочей скорости привода. По характеристике намагничивания (рис. 4-11,б) уточняется величина тока возбуждения, принимаемого в качестве номинального Iв.н и при последующих испытаниях поддерживаемого неизменным. Следует иметь в виду, что вследствие действия остаточного магнетизма при одинаковой скорости и одинаковом токе возбуждения могут иметь место разные, отличающиеся на 1—3% (см. ΔU на рис. 4-11,б) величины напряжения.

Рис. 4-12. Внешние характеристики тахогенератора постоянного тока. а — схема; б — внешние характеристики.

  1. Снимаются скоростные характеристики E = f(n) при Iв =Iв.п = const. Первоначально ток возбуждения поднимается до величины 1,2 Iв.н, а затем снижается до Iв.н; после этого ступенями увеличивается скорость ТГ, записываются характеристики U’=f(n) и на чертеж (рис. 4-11,в) наносится характеристика 1. Скорость ТГ снижается до нуля, ток возбуждения снижается до нуля, а затем вновь поднимается до Iв.н снимается характеристика 2. Скоростная характеристика, по которой градуируются таховольтметры, проводится как средняя линия между экспериментально снятыми характеристиками 1 и 2.

Рис. 4-13. Характеристика намагничивания индукторного тахогенератора.
При подключении к тахогенератору вольтметров или многоомных резисторов с общим сопротивлением не менее 20 ком напряжение якоря U можно считать равным э. д. с. Е. В схемах электроприводов с обратной связью по скорости к ТГ подключаются обычно потенциометры, имеющие сопротивление 200—2 000 ом. При этом напряжение U на якоре ТГ значительно ниже э. д. с. Е (падение составляет 1 —15%), но скоростные характеристики сохраняют высокую линейность, если сопротивление нагрузки R якоря будет неизменным.
Во время наладки скоростные характеристики должны сниматься при таком же неизменном сопротивлении потенциометра, так в нормальном рабочем режиме R=Rn=const и при токе возбуждения Iв=Iв.н=const. По данной характеристике градуируются таховольтметры и рассчитываются параметры регулятора скорости.

  1. В приводах с переменной нагрузкой на выходе ТГ снимаются внешние характеристики Uт = f(I) при п = const. Ток якоря (статора) изменяется путем постепенного выведения реостата, подключаемого к ТГ и имитирующего нагрузку (рис. 4 12,а).
  2. При наладке следящих приводов высокой чувствительности бывает необходимо иметь данные о зависимости напряжения ТГ от температуры корпуса и обмоток. Указанную зависимость U=f(τ°С) при п=const, R = const проще всего определить, подогревая корпус ТГ посторонним источником тепловой энергии, например с помощью электроплитки или рефлектора. На первый взгляд такое испытание кажется примитивным и неправильным. Однако практически оно дает необходимое представление о стабильности характеристики. Например, при изменении температуры корпуса ТГ типа GGG3a на ∆τ°=20°С его напряжение изменяется на ∆Uτ=1-1,5%, при Δτ=40°С ΔUτ = 1,5-3%.

У ТГ типа ТМГ-30 температурная чувствительность в 1,5—2 раза выше; испытания показывают, что индукторные ТГ типа ТТ при
Δτ°=60°Ο изменяют выходное напряжение не более чем на 0,3%.

Рис. 4-15. Снятие скоростных характеристик с использованием контрольного тахогенератора.
Последнее время в промышленности все большее применение находят индукторные ТГ [Л. 22], характеристика намагничивания которых имеет горизонтальный участок (рис. 4-13). Номинальный ток возбуждения таких ТГ должен соответствовать максимуму (точка т) кривой намагничивания.

Рис. 4-14. Схема для снятия скоростных характеристик при переключении вольтметра и выравнивании сопротивления нагрузки.

Ниже описаны способы оценки линейности скоростных характеристик ТГ, ранее не освещавшиеся в литературе. Для снятия скоростной характеристики с высокой точностью и получения данных о ее нелинейности удобно производить пропорциональное переключение пределов измерений вольтметра. Если измерять напряжения ТГ при нескольких скоростях n1,n2=n1N2, n3=n1N2; ni=n1N1 и одновременно в таком же отношении (N2, N3. Ni) изменять полное сопротивление цепи вольтметра (миллиамперметра), то стрелка вольтметра будет оставаться примерно на одном и том же делении. В этом случае вольтметр будет давать показания с одинаковой погрешностью по шкале Δα и погрешность визуальных наблюдений δα также станет примерно одинаковой.

Узлы контроля скорости с ТГ переменного тока имеют мягкие внешние характеристики и чувствительны даже к изменению сопротивления вольтметра. Поэтому, изменяя добавочные сопротивления Rд в цепи вольтметра (рис. 4-14). желательно одновременно в определенном отношении изменять параллельные сопротивления Rш.

Определение пульсаций выходного напряжения.

При определении оборотных и иных пульсаций собственно ТГ его ось должна строго совпадать с осью двигателя. Рекомендуется устанавливать на двигателе и ТГ муфты по возможности большого диаметра. Для получения равномерного (без колебаний скорости) хода следует выбирать двигатель, по габаритам значительно превышающий габариты ТГ, или иметь сбалансированный маховик. Гармонические составляющие пульсаций ТГ могут быть выявлены с помощью специальных индикаторов, но для получения полной картины удобнее пользоваться осциллографированием.

Рис. 4-17. Измерение низкочастотных оборотных пульсаций напряжения тахогенератора.
а— схема; б и в — осциллограммы, снятые при разных постоянных фильтров.
Пульсации напряжения ТГ постоянного тока и многофазного выпрямленного напряжения ТГ переменного тока составляют очень малую величину по отношению к среднему значению напряжения. Поэтому с помощью шлейфового осциллографа они могут быть оценены только дифференциальным методом (рис. 4-16,а). Работа с дифференциальной схемой требует особой осторожности, ибо исчезновение или даже резкое изменение одного из сравниваемых напряжений приводит к перегоранию осциллографического гальванометра.

По этой причине подключать вибратор следует только после проверки отсутствия рассогласования напряжений. При строгой периодичности пульсаций, имеющей место в лабораторных условиях и в установившихся режимах электропривода, форму выходного напряжения удобно наблюдать по электронному осциллографу.

Рис. 4-18. Коэффициенты сглаживания гармонических пульсаций при использовании однозвенных фильтров RC.
Для отделения низкочастотных оборотных пульсаций от зубцовых и иных пульсаций повышенной частоты применяются Г-образные фильтры RC. Действие фильтра особенно наглядно проявляется при испытаниях ТГ переменного тока.
На рис. 4-17,а показана схема испытаний ТГ переменного тока; ТГ включен через трансформатор Тр и выпрямитель В на потенциометр ПТ. Сопротивление потенциометра подбирается равным эксплуатационной нагрузке (500—2 000 ом). Напряжение с ПТ снимается через фильтр с набором сопротивлений. В зависимости от положения переключателя постоянная фильтра изменяется от 0,005 до 0,05 сек.

Каждый электрик должен знать:  Термины МПОТЭЭ электроустановка
Добавить комментарий
Наименование