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.

Классификация тахогенераторов:

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.

Е = КЕКФIВω0, 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                Е=КЕФω0 , ω0 – 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 ω_min=ΔU_щет/k_max.

Тахогенераторы переменного тока

В синхронных тахогенераторах постоянный магнит создаёт магнитный поток, пересекающий обмотку статора, в которой генерируется выходное напряжение U_вых=kω₀.

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 I_2тр, практически совпадающие с ней по фазе, так как ротор имеет большое активное сопротивление. Токи I_2тр создают МДС ротора, направленную встречно МДС F_В. В результате взаимодействия  и  F_В., 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 В_d, 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 Е_Г.

Так как , ,  постоянно. Следовательно, и Ф_2q~n, следовательно,

При подключении к ОГ сопротивления Z_н в её цепи появится . Так как Z_н 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.