2.6.4. 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 – 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_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_тг = k_тг d / dt. (2.46)

В операторной форме уравнение (2.46) запишется так:

U_вых(p) = k_тг p(p).

Следовательно, передаточная функция ТГ в этом случае будет иметь вид

W_тг(p) = U_вых(p) / (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