Датчики частоты вращения: тахогенераторы постоянного тока и асинхронные: принцип действия, схемы включения, характеристики

Билет16

1. Датчики частоты вращения: тахогенераторы постоянного тока и асинхронные- принцип действия, схемы включения, характеристики.

Тахогенераторы постоянного тока – это машины постоянного тока с независимым возбуждением или постоянными магнитами на статоре. Они устроены также как и обычные машины постоянного тока. Для измерения частоты вращения вал двигателя механически соединяется с валом тахогенератора по средствам передачи или встраиваются в машины. Входная координата ТГ – угловая скорость (ω), а выходная - (выделяемое на сопротивлении нагрузки ).

При неизменном токе возбуждения Iв, т.е. при низменном потоке F, ЭДС тахогенератора пропорциональна частоте вращения:, что является основой для использования машин постоянного тока в качестве тахогенератора.

Выходное напряжение     

где   - передаточный коэфф. ТГ.  ;   - внутреннее сопротивление ТГ.;

 - конструктивный коэфф.

Выражение  определяет характеристику управления ТГ.

Передаточный коэфф. непостоянен и меняется из-за нелинейного сопротивления щеточного контакта и влияние реакции якоря. Поэтому в характеристике  управления есть нелинейность в зонах малой и большой скоростей. Нелинейность в зоне малых скоростей  уменьшают с применением металлизированных щеток с малым падением напряжения. Нелинейность характеристики из-за реакции якоря уменьшают ограничением МАХ-ной скорости  и увеличением . При выполнении  этих условий хар-ку управления можно считать практически прямолинейной.

На работу ТГ существенное влияние оказывает и конструктивно-технологические погрешности ( коллекторные пульсации напряжения, т.к. число коллекторных пластин конечно; пульсации из-за зубцовой конструкции якоря; оборотные пульсации т.е. из-за несимметрии воздушного зазора ). Все эти пульсации сильнее искажают вых. сигнал ТГ  при низких скоростях и тем самым ограничивают нижний предел измеряемой скорости.

Для уменьшения перечисленных пульсаций ТГ делают с повышенным числом коллекторных пластин со скошенными на одно зубцовое деление паза якоря, с увеличенным воздушным зазором.

ТГ высокой точности выполняют с полым беспазовым якорем. Для дополнительного снижения пульсаций используют конденсатор (С).

Передаточная функция ТГ:     где   

Конденсатор выполняет ф-цию фильтра высокочастотных, относительно ω, пульсаций.

Чем больше , тем меньше пульсации выходного напряжения, однако при этом ограничивается  частотная полоса пропускания ТГ. При частотах передаваемого сигнала  амплитудные искажения составляют 3 дБ, а фазовые 45°.

Достоинства и недостатки. Достоинства: малые габариты и масса при большой выходной мощности; отсутствие фазовой погрешности и не надо иметь дополнительный источник эл. энергии для возбуждения. Недостатки: сложность конструкции; высокая стоимость; оборотные и коллекторные пульсации выходного напряжения, требующие применения фильтра, чувствительность к радиопомехам.

Асинхронные тахогенераторы.

ТГ переменного тока – это асинхронная 2-х фазная микромашина, на статоре которой уложены две взаимноперпендикулярные обмотки, обмотка возбуждения, расположенная по оси α , и выходная управляющая обмотка расположенная по оси β . А ротор для уменьшения момента инерции выполнен в виде тонкостенного полого стакана из немагнитного материала (Al). Внутри ротора размещается сердечник, по которому замыкается магнитный поток. 

;       ;         ;       

где   - амплитуда напряжения по оси α.,

- сопротивление намагничивающего контура;

А,В – коэфф-ты, зависящие от сопротивления рассеяния обмоток ротора и статора.

При изменении направления вращения изменяется и знак  В области малых скоростей  практически пропорциональна скорости, а фаза  с ростом скорости линейность нарушается, что вызывает соотв. погрешность  и . Эти погрешности вытекают из принципа работы ТГ, а также влиянием сопротивления нагрузки. Для уменьшения этих погрешностей ограничивают МАХ скорость, а нагрузку ТГ включают через эмиттерный повторитель.

Полоса пропускания асинхронного ТГ ограничена частотой питающей сети , поэтому для быстродействующих систем используют ТГ с повышенной частотой питания 400,1000 Гц. В целом асинхронные ТГ имеют высокую точность ( погрешность менее