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 выходной величиной – напряжением Uвых выходной обмотки и входной величиной – угловой скоростью вала ω, имеет вид
,(5.12)
где θ2- угол поворота ротора тахогенератора;
Ктг - коэффициент передачи, равный крутизне тахогенератора;
Sтг= Δ Uвых/Δ ω2 - крутизна.
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.
Конструкция и принцип действия. Конструкция асинхронных тахогенераторов аналогична конструкции исполнительных асинхронных двигателей с полым немагнитным ротором.
|
|
Рассмотрим принцип работы асинхронного тахогенератора. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой, представленной на рис. 5.5. 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.
Рисунок 5.5
При неподвижном роторе ЭДС Ег в генераторной обмотке равна нулю, так как вектор магнитного потока обмотки возбуждения Фв перпендикулярен оси этой обмотки.
Приведем ротор тахогенератора во вращение с угловой скоростью?2. 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. 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 f1. Магнитный поток Фгиндуцирует в генераторной обмотке статора трансформаторную ЭДС Ег= 4,44f1Фгwг.эф, где wг.эф – число эффективных витков обмотки Г.
|
|
Поскольку поток Фwг прямо пропорционален угловой скорости ротора, то при принятом допущении о постоянстве потока Фв функция Ег=f(ω2) является линейной. Частота выходной ЭДС Ег совпадает с частотой f1 потока 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 Z г, т.е. . Указанные физические процессы обуславливают вид выходной характеристики тахогенератора при работе с нагрузкой.
Выходная характеристика. В общем случае уравнение выходной характеристики имеет вид
(5.13)
где А и В - комплексные коэффициенты, зависящие от сопротивлений обмоток и нагрузки.
Наличие в знаменателе этого выражения квадрата относительной скорости ω*2 свидетельствует о нелинейности выходной характеристики и изменении фазы выходного напряжения тахогенератора.
Для идеального тахогенератора, не имеющего указанной погрешности, уравнение выходной характеристики получают из выражения 5.13 при ω*2В=0.
Выходные характеристики, построенные по уравнению (5.13) для режимов х.х. и активной нагрузки, представлены на рис. 5.6,а, где
Uг*=Uг/U1 (пунктиром показаны идеальные линейные характеристики).
Рисунок 5.6
Изменение выходного напряжения Uг и крутизны Sтг под влиянием значения и характера нагрузочного сопротивления определяются изменением комплексных коэффициентов А и В в выражении (5.13) и графически представлено на рис. 5.6,б.
Физическое обоснование зависимостей Uг, Sтг= f(Xнс,ХнL,R) уже было дано при рассмотрении принципа работы тахогенератора. Здесь только следует отметить, что в случае емкостной нагрузки при определенном значении Хнс 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. Асинхронные тахогенераторы относятся к информационным устройствам, и их погрешности принято подразделять на принципиальные, конструктивные, технологические и эксплуатационные.
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 – ЭДС при неподвижном роторе, вызываемая погрешностями технологии, – 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.
|
|