Тахогенераторы

В качестве датчиков частоты вращения в системах электроавтоматики наибольшее применение находят тахометрические генераторы (тахогенераторы), представляющие собой небольшие электрические машины постоянного и переменного тока.

Тахогенераторы постоянного тока. Тахогенераторы (ТГ) постоянного тока в зависимости от способа возбуждения выполняют двух типов: магнитоэлектрические (возбуждение от постоянных магнитов) и электромагнитные (возбуждение от специальной обмотки на статоре) (рис. 2.30, а, б).Уравнение электрического равновесия для ТГ имеет вид:

U _вых = E – IR _н.(2.41)

Напряжение на выходе тахогенератора при постоянном потоке возбуждения

U _вых = E – IR _н = C_e w – IR _н.(2.42)

Для уменьшения искажения статических характеристик тахогенераторы используют при небольших нагрузках (I _н = 0, 01 ¸ 0, 02 А). Ток в цепи якоря I = E /(R _я – R _н), а выходное напряжение в соответствий с (2.42)

(2.43)

Коэффициент передачи тахогенератора

(2.44)

В динамическом отношении при работе на активную нагрузку ТГ рассматривают как безынерционные звенья; при работе на активно-индуктивную нагрузку (L _н, R _н) – как апериодические звенья первого порядка с передаточной функцией

W _тг(p) = k _тг / (T _S p + 1), (2.45)

где Τ _Σ = (L _я + L _н)/(R _я + R _н) – постоянная времени ТГ.

Так как тахогенератор постоянного тока является малоинерционным элементом, то его применяют для получения на выходе сигнала, пропорционального производной угла поворота:

U _вых = k _тгw = k _тг d q / dt. (2.46)

В операторной форме уравнение (2.46) запишется так:

U _вых(p) = k _тг p q(p).

Следовательно, передаточная функция ТГ в этом случае будет иметь вид

W _тг(p) = U _вых(p) / q(р) = k _тг p. (2.47)

В соответствии с (2.47) ТГ, как преобразователь угла поворота, является дифференцирующим звеном.

Тахогенераторы постоянного тока широко применяют в САУ электроприводов различных машин [12]. Их достоинствами являются хорошая линейность характеристик, малая инерционность, высокая точность, малые габариты и масса, а для магнитоэлектрических ТГ еще и отсутствие источника питания. Недостаток – наличие коллектора со щетками.

Синхронный тахогенератор переменного тока (СТГ) – однофазная синхронная машина с ротором в виде постоянного магнита (рис. 2.30, в). У СТГ с изменением скорости ω вместе с амплитудой изменяется и частота выходного напряжения. Статические характеристики нелинейны. В динамическом отношении СТГ являются безынерционными элементами.

Асинхронный тахогенератор переменного тока (АТГ) – это двухфазная асинхронная машина с полым немагнитным ротором (рис. 2.30, г).На статоре АТГ размещаются две сдвинутые на 90° обмотки (возбуждения и генераторная). Обмотка возбуждения ОВ подключается к источнику переменного тока. В генераторной обмотке ГО, являющейся выходной, при вращении ротора наводятся ЭДС трансформации и вращения. Под действием ЭДС вращения на выходе АТГ возникает напряжение U _вых.Статическая характеристика АТГ U _вых = φ (ω)нелинейна. При изменении направления вращения ротора фаза выходного напряжения изменяется на 180°.

Асинхронные тахогенераторы используются как датчики угловой скорости, частоты вращения и ускорений. В последнем случае обмотка возбуждения АТГ подключается к источнику постоянного тока.

Достоинствами асинхронных тахогенераторов являются надежность, малая инерционность. К недостаткам относятся нелинейность статических характеристик, наличие на выходе остаточной ЭДС при неподвижном роторе, малая выходная мощность, сравнительно большие габариты.

а б в г

Рис. 2.30. Тахометрические генераторы (ТГ):
а – ТГ постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов;
б – с электромагнитным возбуждением;
в – синхронный ТГ; г – асинхронный ТГ