2.4. Контроль частоты вращения

Тахогенератор (от греч. táchos — быстрота, скорость и генератор) — измерительный генератор постоянного или переменного напряжения, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты вращения вала в электрический сигнал. Величина сигнала (ЭДС) прямо пропорциональна частоте вращения. Сгенерированный сигнал подаётся для непосредственного отображения на специально проградуированный вольтметр (тахометр) либо на вход автоматических устройств, отслеживающих частоту вращения. Действие тахогенератора основано на пропорциональности угловой частоты вращения ротора генератора его ЭДС при постоянном значении потока возбуждения. Различают тахогенераторы переменного тока (синхронные и асинхронные) и постоянного тока. Тахогенераторы постоянного тока — небольшие коллекторные машины, поток возбуждения в которых создаётся постоянным магнитом или независимой обмоткой. Тахогенераторы синхронного типа представляют собой небольшие синхронные машины с постоянным магнитом в качестве ротора. Наибольшее распространение получили асинхронные тахогенераторы, которые по конструкции подобны асинхронным электродвигателям с полым короткозамкнутым ротором. На статоре такого тахогенератора расположены под углом 90° две обмотки, одна из которых (обмотка возбуждения) питается переменным током постоянной частоты и постоянного напряжения, а вторая является выходной, и к ней может быть подсоединён измерительный прибор (вольтметр, отградуированный в об/мин).

Рис. 2.4.1 Принципиальные схемы тахогенераторов постоянного тока:

с электромагнитным возбуждением (а) и возбуждением постоянными магнитами (б).

В случае электромагнитного возбуждения обмотку возбуждения ОВ подключают к источнику постоянного тока. Тахогенератор возбуждается и если его якорь привести во вращение с частотой n, то на выходе генератора появится постоянное напряжение Uвых. следует, что чем больше сопротивление прибора Rн тем больше крутизна выходной характеристики Сu. Наибольшая крутизна у выходной характеристики, соответствующей режиму холостого хода тахогенератора, когда обмотка якоря разомкнута" (RH = ∞). С ростом тока нагрузки (уменьшением RH) крутизна выходной характеристики уменьшается У современных тахогенераторов постоянного тока Сu=(6÷260).10¯³В/(об/мин), что превышает крутизну асинхронных тахогенераторов.

Выходная характеристика тахогенератора постоянного тока – прямая линия (рис.2.4.2). Однако опыт показывает, что выходная характеристика прямолинейна только в начальной части (при малых относительных частотах вращения), а с ростом частоты вращения она становится криволинейной.

Достоинства: не требует дополнительных источников питания, прост и достаточно надёжен в работе.

Недостатки: тахогенераторы не могут измерять очень медленное вращение — получающийся сигнал очень мал.

Рис. 2.4.2. Выходная характеристика тахогенератора

В реальных условиях существует падение напряжения в щеточном контакте, поэтому выходная характеристика тахогенератора выходит не из начала осей координат, а из точки на оси ординат, отстоящей от начала координат на значение щеточного напряжения. Это приводит к появлению у тахогенераторов постоянного тока зоны нечувствительности ε=±n_min, в пределах которой он не создает на выходе напряжения. Для уменьшения зоны нечувствительности в тахогенераторах применяют щетки с небольшим значением, т. е. с малым сопротивлением (медно-графитные или серебряно-графитные). В тахогенераторах высокой точности (прецизионных) используют щетки с серебряными или золотыми напайками.

Тахогенератор создаёт дополнительную нагрузку на вращающийся вал и содержит трущиеся детали, требующие регулярного ухода. С развитием электроники тахогенераторы заменяются на схемы с оптронами открытого типа, реагируюшими на отражение света от меток на вале или на прерывания луча света крыльчаткой, размещённой на валу — датчики угла поворота (энкодеры).

Использование бесконтактных методов контроля угловых скоростей обусловлено теми случаями, когда мощность объекта контроля мала и подключение даже очень маломощного потребителя в виде тахометра, работающего контактным методом, может вызвать перегрузку и искажение контролируемой скорости. Из числа тахометров, работающих бесконтактным методом можно выделить электрические импульсные и стробоскопические тахометры. Точность счетно-импульсного тахометра высока; она соответствует точности счета импульсов ±1 импульс в секунду. С помощью тахометра можно измерять скорости до 40000об/мин, а с внешней декадной ступенью до 400000об/мин. Счетно-импульсный тахометр является стационарным прибором, предназначенным главным образом для целей исследования и испытания машин.

Оптические датчики угла поворота срабатывают в момент, когда размеченный диск совершает вращение вдоль просветного окна сенсора, схема обработки формирует на выходе два сигнала одинаковой формы и сдвинутых по фазе на 90градусов (или -90, для вращения в противоположенную сторону). Путем подсчета импульсов и анализа фазы измеряется угол поворота и направление вращения оси.

А

Рис.4.3 Аналоговый датчик перемещения

налоговые отражательные датчики положения представляют собой систему из ИК излучателя и ИК фотоприемника (фототранзистор или составной фототранзистор), жестко закрепленных в корпусе, оптические оси которых пересекаются под определенным углом вне корпуса датчика. Когда детектируемый объект находится в поле обзора датчика (пересечение оптических осей излучателя и приемника), отраженный от него сигнал, формируемый излучателем, в точке приема максимален.

Этот факт вызывает резкое увеличение выходного тока через фототранзистор. Основными параметрами оптических датчиков отражательного типа являются точка оптимального обнаружения (оптимальное расстояние объекта до апертуры фотоприемника датчика, при котором отклик на выходе максимален) и чувствительность. Первый параметр зависит от взаимного расположения излучателя и приемника, определяемого конструкцией датчика, второй - от чувствительности фотоприемника.