Тахогенераторы постоянного тока

В системах автоматического управления широкое применение имеют тахогенераторы постоянного тока.

Тахогенераторы представляют собой электрические генераторы неболь­шой мощности, служащие для преобразования частоты вращения в электрический сигнал. Как правило, тахогенераторы выполняют с электромагнитным (рис. 2.2. а) или магнитоэлектрическим (рис. 2.2.) возбуждением.

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.

Выходная характеристика тахогенератора представляет собой зави­симость . Для обеспечения линейности характеристики должна быть сохранена строгая пропорциональность между выходным напря­жением и частотой вращения : , или

, (2.1.)

где k — статический коэффициент усиления; – угловая частота вращения.

Крутизна выходной характеристики представляет собой отношение приращения напряжения к приращению частоты вращения:

(2.2)

При холостом ходе ЭДС якоря пропорциональна частоте вращения:

, (2.3)

где , Ф– магнитный поток возбуждения.

При нагрузке напряжение на зажимах тахогенератора уменьшается на падение напряжения:

,

где , R_H – сопротивление нагрузки.

 

 

 

Рисунок 2.2. Схемы тахогенераторов по­стоянного тока

Подставляя значение в уравнение (2.3), получим , откуда

При постоянстве значении R_я, R_НиФ_вможнопринять:

(2.4)

где коэффициент

(2.5)

Чем больше Ф, R_H, и меньше R_Я тем больше крутизна с₁. Тахогенераторы с электромагнитным возбуждением имеют большую крутизну выходной характеристики, чем магнитоэлектрические.

Из уравнения (2.5) следует, что выходное напряжение U и при на­грузке является линейной функцией частоты вращения. Однако практи­чески выходная характеристика отклоняется от линейной (рис. 2.5) из-за наличия реакции якоря, ослабляющей поток возбуждения Ф.

Отклонение от линейности из-за размагничивающего действия реакции якоря определяет первую погрешность тахогенератора. Для уменьшения ее следует нагружать тахогенератор на относительно большое сопротивление нагрузки R_H и использовать небольшой диапазон частот вращения. Вторая погрешность обусловлена наличием переходного контакта между коллектором и щетками.

Падение напряжения на переходном контакте R_щ с некоторым допущением можно считать постоянным: Для уменьшения падения напряжения ΔU_щ в тахогенераторах применяют медно-графитовые или серебряно-графитовые щетки.

В тахогенераторах с электромагнитным возбуждением наблюдается неустойчивость выходной характеристики вследствие нагрева обмотки полюсов. Для уменьшения температурного влияния на выход­ной характеристики магнитная система тахогенератора делается насы­щенной. В этом случае изменение тока возбуждения вследствие темпе­ратурного изменения сопротивления обмотки почти не влияет на маг­нитный поток тахогенератора. Практически за крутизну выходной характеристики часто принимают число вольт, приходящееся на 1000 об/мин.

Напряжение на выходе тахогенератора, как и напряжение генератора постоянного тока, имеет якорные, зубцовые и коллекторные пульсации. Сглаживание пульсаций выходного напряжения тахогенератора осу­ществляется за счет: а) увеличения зазора до пределов, определяемых допустимой МДС возбуждения машины; б) строгой цилиндричности поверхности якоря и коллектора; в) устранения эксцентриситета якоря; г) специальной веерообразной сборки железа якоря со сдвигом каждого листа относительно предыдущего на один зубцовый шаг; д) изготовле­ния тахогенераторов таким образом, чтобы число пазов или зубцов на полюс не равнялось целому числу; е) увеличение числа коллекторных пластин.

Тахогенераторы применяют для: а) измерения частоты вращения любого вала в диапазоне 0-10000 об/мин; б) осуществления вычисли­тельных операций; в) выработки сигнала, пропорционального частоте вращения в схемах автоматического регулирования частоты вращения и в системах следящего привода.

 

 

Рисунок 2.3. Выходные ха­рактеристики тахогенератора при различных R_H

 

От тахогенератора могут питаться потенциометры, потребляющие при максимальной рабочей частоте вращения мощность до десятков ватт; обмотки электромашинных или электромагнитных устройств и элементов, а также и реле. В некоторых системах к тахогенераторам подключают входные цепи электронных и полупровод­никовых усилителей.

Литература1 осн [13-16, 23-28], 2 доп [716-721].