1.2. Устройства контроля состояния объекта управления
1.2.1. Тахогенераторы
Тахогенераторами (ТГ) называются электрические машины небольшой мощности, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал.
Тахогенераторы предназначены для преобразования частоты вращения вала двигателя в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна величине частоты вращения вала двигателя. Главное требование, предъявляемое к тахогенераторам, заключается в линейности выходной характеристики пропорциональной зависимости между выходным напряжением тахогенератора и угловой скоростью вращения объекта управления.
где n – частота вращения, φ
Тахогенераторы постоянного тока по конструкции и принципу действия представляют собой электрическую машину постоянного тока с независимым возбуждением, чаше всего от постоянных магнитов.
Н
а
рис. 1.2.1. показан простейший синхронный
тахогенератор (СТГ) переменного тока.
Конструктивно он подобен однофазному
синхронному генератору небольшой
мощности с ротором в виде постоянного
магнита-звездочки.
При вращении ротора на выходе тахогенератора индуктируется электродвижущая сила, пропорциональная с высокой степенью точности угловой скорости вращения ротора.
1.2.2. Вращающиеся трансформаторы
Вращающийся трансформатор (ВТ) является индукционной электрической машиной переменного тока, предназначенной для выработки напряжений, пропорциональных синусу или косинусу угла поворота ротора ВТ. ВТ могут работать в режимах амплитудной и фазовой модуляций выходного сигнала.
Электрическая схема ВТ состоит из двух статорных и двух роторных обмоток, сдвинутых относительно друг друга на 90 градусов(рис. 1.2.2).
Если
на одну из статорных обмоток в режиме
амплитудной модуляции подать синусоидальное
напряжение питания
,
то на выходе одной роторной обмотки напряжение будет иметь вид
,
а на выходе второй роторной обмотки напряжение будет иметь вид
,
где
и
соотношение числа витков роторных и
статорных обмоток;
угол рассогласования между осями
статорной и роторными обмотками.
Для работы ВТ в режиме фазовой модуляции выходного сигнала необходимо на одну из статорных обмоток подать синусоидальное напряжение питания, а роторные обмотки соединить параллельно. При этом в цепь одной роторной обмотки включить электрическую емкость, а в цепь второй роторной обмотки включить резистор. Величины емкости и сопротивления определяются из условия
.
При подаче на статорную обмотку напряжения питания вида
напряжение на выходе роторных обмоток будет иметь вид
,
где сдвиг фазы напряжения на выходе роторных обмоток относительно напряжения питания, поданного на статорную обмотку.
1.2.3. Индуктосины
Индуктосины бывают круговые (диски) для измерения угла поворота и линейные (пластины) для измерения линейных перемещений. Каждый индуктосин конструктивно состоит из двух одинаковых дисков или пластин. Один диск (пластина) условно называется статором, а второй диск (пластина) ротором. Индуктосин является многополюсным воздушным вращающимся трансформатором, в котором ротор и статор представляют собой диски (пластины) из изоляционного материала, расположенные соосно и параллельно. На диски (пластины) печатным способом наносятся проводящие линии обмоток. На статоре и роторе в пределах 360 град. расположены по две однофазные многополюсные обмотки. Все обмотки сдвинуты относительно друг друга на ¼ шага. Электромагнитная связь между обмотками статора и ротора осуществляется через воздушный зазор, существующий между дисками (пластинами). Обмотки статора и ротора рассчитываются и изготавливаются таким образом, чтобы с точностью 0,1% обеспечить синусоидальное изменение взаимной индукции в зависимости от угла рассогласования . Выходное напряжение индуктосина определяется как
,
где:
K
коэффициент трансформации между
статорной и роторной обмотками;
напряжение питания статорной обмотки;
np
количество полюсов;
угол рассогласования. На рис. 1.2.3. показан
линейный индуктосин (а) и схема соединения
его обмоток (б)
Рис. 1.2.3. Линейный индуктосин