Тахогенератор

Тахогенератор. Общие сведения о тахогенераторах. Электрические машины малой мощности, работающие в режиме генератора, выходное напряжение которых Uг является практически линейной функцией частоты вращения вала n, называются тахогенераторами. Такие машины используются в автоматических системах управления и регулирования для измерения частоты вращения, для дифференцирования, для обратной связи по скорости и других операций. В качестве тахогенераторов применяются генераторы постоянного и переменного токов, в том числе синхронные и асинхронные генераторы. Обычно мощность таких машин менее 50 кВт.

Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: линейность характеристики Uг(n), большая её крутизна, определяемая как k = Uг/n, малая потребляемая мощность и минимальные погрешности.

Тахогенераторы постоянного тока. Тахогенераторы постоянного тока (ТГПТ) представляют собой генераторы с независимым возбуждением (рис. 5.1, а) или с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 5.1, б). ЭДС якоря определяется формулой Е=сЕФn. При постоянном потоке Ф   Е = k n.  При холостом ходе Е=Uг, т.е. Uг= k n. Между Uг и n линейная зависимость (прямая 1 на рис. 5.2). При нагрузке на магнитный поток Ф влияет реакция якоря и поэтому выходная характеристика несколько отличается от линейной (кривая 2 на рис. 5.2). Для сохранения линейности магнитная цепь машины должна быть ненасыщенной. Для ТГПТ допустимая погрешность составляет 0,5 – 3%. При нагрузке имеет место падение напряжения в обмотке якоря RяIя, между коллектором и щётками Uщ. В этом случае Uг= Е – UщRяIя, так как при малых скоростях Е< Uщ и Uг=0, на выходной характеристике появляется зона нечувствительности ЗН (рис. 5.2, кривая 3). Для уменьшения зоны нечувствительности надо уменьшить Uщ, т.е. сопротивление щёток сделать как можно меньше, а нагрузки – больше.

Кроме отмеченного недостатка, в ТГПТ имеет место пульсация выходного напряжения, которая вызвана работой коллектора: неточностью его изготовления, неравномерностью воздушного зазора, зубчатым строением якоря, неровностями коллектора и др. Преимущество ТГПТ заключается в том, что он  удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к тахогенераторам.

Синхронные тахогенераторы. Синхронные тахогенераторы (СТГ) работают как обычные синхронные генераторы, возбуждаемые постоянными магнитами, расположенными на роторе. Их ЭДС и частота f = pn/60 пропорциональны частоте вращения ротора. Поэтому с изменением частоты вращения ротора изменяется не только напряжение на выходе Uг, но и частота этого напряжения. Кроме того, из-за влияния реакции якоря зависимость Uг (n) нелинейна.

Из-за указанных особенностей применять их в схемах нецелесообразно. В основном их применят для измерения частоты вращения рабочих механизмов. Основным достоинством СТГ является сравнительно большая мощность на выходе.

Асинхронные тахогенераторы. Асинхронные тахогенераторы (АТГ) имеют конструкцию, аналогичную конструкции двухфазного асинхронного двигателя с полым ротором. Принцип действия АТГ поясняется схемой рис.5.3. На статоре расположены две обмотки: возбуждения и генераторная. Обмотка возбуждения питается переменным напряжением Uв частотой f. С генераторной обмотки снимается напряжение, пропорциональное частоте вращения ротора. Генераторная обмотка сдвинута в пространстве на 90° относительно обмотки возбуждения.

Если бы поток Фв был постоянным, то при вращении ротора в нём, как в якоре машины постоянного тока, наводилась бы ЭДС вращения Ея=спФв, протекал бы постоянный ток Iя, который создал бы постоянное поперечное поле Фг реакции якоря, пропорциональное частоте вращения п. Так как поток изменяется по синусоиде, то и все величины: ЭДС , ток , поток – переменные. В результате поток  наводит в генераторной обмотке синусоидальную ЭДС ег. Её действующее значение

где wг – число витков генераторной обмотки; f – частота напряжения, питающего обмотку возбуждения; Фmг – амплитуда магнитного потока, пронизывающего генераторную обмотку.

Амплитуда потока Фmг, как это следует из принципа работы АТГ, пропорциональна частоте вращения ротора тахогенератора и амплитуде потока обмотки возбуждения, которая постоянна.  Так  как  амплитуда  потока  возбуждения  Фmв=const,  то  ЕmяспФmв, Imя, Фmг, Еmг и Umг пропорциональны частоте вращения ротора п.

Кроме ЭДС вращения, в роторе наводится трансформаторная ЭДС. Действительно, при п = 0 переменный поток возбуждения наводит в полом роторе, как и во вторичной обмотке трансформатора, ЭДС ет, называемую трансформаторной. ЭДС ет создаёт в полом роторе ток ротора и магнитный поток Фт, направленный, как и у вторичной обмотки трансформатора, против потока возбуждения. На генераторную обмотку трансформаторная ЭДС никакого влияния не оказывает, так как последняя расположена перпендикулярно магнитному потоку возбуждения. При вращении ротора все явления, связанные с трансформаторной ЭДС, не изменятся и на выходное напряжение Uг она никакого влияния оказывать не будет.

Недостатком АТГ является некоторая нелинейность выходной характеристики (рис. 5.4), вызываемая амплитудной погрешностью, которая объясняется тем, что переменный поток наводит в роторе дополнительную ЭДС ед. Так как поток пропорционален п, то ЭДС ед пропорциональна п2 и, следовательно, ток iд и поток Фд нелинейно изменяют Фв; кроме того, имеют место фазовая погрешность и погрешность от остаточной ЭДС.

Adblock
detector