Датчики частоты вращения

П рименяются для преобразования частоты вращения рабочих механизмов в напряжение. Представляют собой тахометрические генераторы - небольшие электрические машины постоянного и переменного токов. Для преобразования частоты вращения электродвигателей в напряжение применяются тахометрические мосты.

Тахогенераторы постоянного тока.

В зависимости от способа возбуждения выполняются двух видов:

- магнитоэлектрические – возбуждение от постоянных магнитов;

- электромагнитные – возбуждение от специальной обмотки на статоре.

GT – тахогенератор;

 - частота вращения.

Создавая постоянное магнитное поле, под действием которого в обмотке GT наводится ЭДС, которая функцией от частоты вращения. Напряжение на выходе датчика U_вых  E – IR_я = I. – IR_я  k.,

где R_я – сопротивление якорной цепи; I - сила тока нагрузки;

k – угловой коэффициент; «я» - якорная цепь.

При холостом ходе, когда I = 0 U_вых = E =с., где с = const, т.е. U_вых = f().

С татическая характеристика в данном случае линейна (кривая 1 - теоретическая). При нагрузке характеристика становится нелинейной (кривая 2), что является следствием влияния якоря. В реальных GT возникает падение напряжения на щетках коллектора, что приводит к появлению зоны нечувствительности ЗН (кривая 3). Для уменьшения искажения статических характеристик, GT используют при небольших нагрузках (I_н = 0,01 0,02 А).

В динамическом отношении GT при работе на активную нагрузку (R_н) рассматривают как безинерционное звено, а при работе на активно-индуктивную нагрузку (R_н, L_н) – как апериодическое звено первого порядка, где постоянная времени

T = (L_н + L_я) / (R_н + R_я).

Д остоинствами данных датчиков являются хорошая линейность характеристик, малая инерционность (высокая точность), малые габариты и масса, а у магнитоэлектрических еще и отсутствие питания.

Недостатком является наличие коллектора и щеток.

Тахогенераторы переменного тока.

Разделяются на синхронные и асинхронные.

1. Синхронные GT – однофазные синхронные машины с ротором в виде постоянного магнита.

У синхронных GT с изменением частоты вращения  вместе с амплитудой изменяется и частота выходного напряжения, наводимого в обмотке статора. В динамическом отношении является безинерционным звеном.

2) Асинхронные GT – это двухфазные машины с полым немагнитным ротором.

О В – обмотка возбуждения; ГО – обмотка генератора.

Обмотки сдвинуты относительно одна другой на 90⁰. При вращении ротора в ГО наводятся ЭДС трансформации и вращения. Под действием ЭДС вращения на выходе GT возникает переменное напряжение выхода. При изменении напряжения ротора фаза выходного напряжения изменяется на 180⁰.

Асинхронные GT используются как датчики угловой скорости, частоты вращения и ускорений (в последнем случае обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока).

Достоинствами рассмотренных датчиков являются надежность, малая инерционность, отсутствие коллектора и щеток.

Недостатки: нелинейность статических характеристик, наличие на выходе остаточной ЭДС при неподвижном роторе, малая выходная мощность, сравнительно большие габариты.

Тахометрические мосты.

ТМ постоянного и переменного тока применяют в системах автоматики для создания обратной связи по частоте вращения электрических двигателей. Их применение позволяет упростить систему, т.к. отпадает необходимость в дополнительной машине – GT. При этом уменьшается статическая и динамическая нагрузка на исполнительный двигатель.

1 ) ТМ постоянного тока представляют собой специальную мостовую схему, в одно из плеч которой включен якорь двигателя R_я, а в остальные резисторы R₁, R₂, R_п.

К диагонали ав подводится напряжение сети, питающей якорь двигателя, а с диагонали сд снимается выходное напряжение, пропорциональное угловой частоте.

Статической характеристикой ТМ является функция U_вых = f() и справедлива при больших сопротивлениях на нагрузке.

2) ТМ переменного тока.

Д ля контроля частоты вращения асинхронных двигателей применяют бесконтактные параметрические устройства, трансформаторы тока и напряжения.

ТМ переменного тока повышают надежность работы САУ.