5.2 Тахогенераторы

Тахогенераторы применяются в системах автоматического регулирования в качестве датчиков скорости. Они представляют собой электрические микромашины, выходная ЭДС которых пропорциональна скорости ротора. Применяют тахогенераторы постоянного тока и тахогенераторы переменного тока.

Тахогенераторы постоянного тока представляют собой , в основном, двухполюсные машины с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 5.4). Важной особенностью является малый диаметр якоря для уменьшения момента инерции.

В цепь якоря тахогенератора включена нагрузка с сопротивлением R_Н. Сопротивление якоря R_Я . С генератора на нагрузке падает напряжение

U=E – I_Я R_Я , 5.1

где Е=С_Е Ф —ЭДС, возникающая на якоре от его вращения со скоростью в магнитном потоке Ф, I_Я = --ток нагрузки.

Рисунок 5.4 Тахогенератор постоянного тока

После подстановки в 5.1 входящих в нее величин получается

U= С_Е Ф - R_Я , 5.2

откуда после преобразований

U= 5.3

Из 5.3 следует, что выходное напряжение тахогенератора постоянного тока линейно зависит от только при R_Н = ∞ (рис. 5.3)

Рисунок 5.3 Зависимость напряжения тахогенератора от скорости

Тахогенераторы переменного тока (рис. 5.5) имеют короткозамкнутый ротор и две взаимноперпендикулярные обмотки—обмотка возбуждения (ОВ) и поперечная обмотка (Г). На обмотку ОВ подают напряжение U частоты f, создающее по продольной оси пульсирующий магнитный поток Ф_d , пропорциональный напряжению. При отсутствии вращения в короткозамкнутом роторе возникают токи, компенсирующие поток Ф_d . Напряжение на обмотке Г равно нулю.

Рисунок 5.5 Тахогенератор переменного тока

Если ротор вращается с частотой , в нем индуцируется ЭДС

Е = С_Е Ф_d =кU , 5.4

где к—коэффициент пропорциональности, включающий все постоянные.

Эта ЭДС наводит в якоре ток, пропорциональный Е, вызывающий поперечный магнитный поток, который в обмотке Г создает ЭДС

Е_Г = к₁U , 5.5

где к₁ коэффициент пропорциональности.

Из 5.5 видно, что на обмотке Г создается ЭДС , пропорциональная скорости.

В тахогенераторах переменного тока нет коллектора, что увеличивает надежность, исключает искрение и уменьшает трение. Однако, тахогенераторы постоянного тока имеют следующие преимущества:

-напряжение при неподвижном роторе равно нулю. В тахогенераторах переменного тока на обмотке Г за счет потоков рассеяния некоторое напряжение наводится;

-с постоянным напряжением легче работать;

-характеристика существенно круче.

5.3 Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (сквт).

СКВТ—малые электрические машины, способные преобразовать (в зависимости от способа подключения потребителя) угол поворота α в напряжения следующего вида:

U = U_msin α, 5.6

U = U_mcos α,

U = k α ,

где U_m амплитудное значение напряжения; производить преобразование полярных координат в декартовы; служить датчиком перемещения (например, в синхронных передачах).

СКВТ состоит из неподвижного статора и поворотного ротора (рис.5.6). На статоре располагаются обмотка S , подключаемая к сети переменного напряжения, и компенсационная обмотка К, размещенная перпендикулярно обмотке S. Число витков w_S = w_K и сопротивления обмоток Z_S = Z_K. На роторе установлены две взаимноперпендикулярные обмотки А и В, подключаемые к нагрузкам Z_A и Z_В. . . _.

Рисунок 5.6 СКВТ

Обмотка S создает переменный магнитный поток Ф_S , вектор которого показан на рисунке. В обмотках А и В этим потоком наводятся ЭДС, зависящие от угла поворота α.

Е_А= Е к sin α, 5.7

Е_В = Е к cos α,

где Е -амплитудное значение ЭДС,

к = коэффициент передачи (трансформации).

Е и к постоянные величины. Следовательно, ЭДС обмоток зависят только от положения ротора α. Соотношения 5.7 действительны при Z_A = Z_В = ∞. Если это условие не выполняется, токи обмоток А и В наводят потоки Ф_А и Ф_В , направленные вдоль своих обмоток и искажающие выходные напряжения. Каждый из этих потоков можно разложить на две составляющие –продольную и поперечную,--Ф_АS и Ф_АR , Ф_BS и Ф_ВК.. Продольная составляющая компенсируется потоком обмотки S. Для компенсации поперечной составляющей служит обмотка К. В ней за счет поперечных потоков наводится ЭДС. Чтобы эта ЭДС компенсировала наводящий ее поток, обмотку замыкают сопротивлением Z_К (к—компенсационная). Условием наилучшей компенсации является Z_К = Z_ИСТ , где Z_ИСТ –выходное сопротивление источника напряжения. Компенсация за счет первичных обмоток называется первичным симметрированием. Эффективность первичного симметрирования различна при разных α. Применяют вторичное симметрирование, заключающееся в выполнении условия Z_A= Z_B. Использование даже обоих видов симметрирования не приводит к полной компенсации.

В промышленности применяют разновидности вращающихся трансформаторов—индуктосин и редуктосин, используемые в синхронно-следящих системах (в станках с ЧПУ, имеющими малые погрешности). Недостатком СКВТ является высокая стоимость, связанная со сложностью изготовления.