2.2 Тахогенераторы постоянного тока

В системах автоматического управления широкое применение имеют тахогенераторы постоянного тока.

Тахогенераторы представляют собой электрические генераторы неболь­шой мощности, служащие для преобразования частоты вращения в электрический сигнал. Как правило, тахогенераторы выполняют с электромагнитным (рис. 2.2. а) или магнитоэлектрическим (рис. 2.2.) возбуждением.

Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: а) линейность выходной характеристики; б) большая крутиз­на выходной характеристики; в) малое влияние на выходную характе­ристику изменения температуры окружающей среды и нагрузки; г) ми­нимум пульсаций напряжения на коллекторе.

Выходная характеристика тахогенератора представляет собой зави­симость . Для обеспечения линейности характеристики должна быть сохранена строгая пропорциональность между выходным напря­жением и частотой вращения : , или

, (2.1.)

где k — статический коэффициент усиления; – угловая частота вращения.

Крутизна выходной характеристики представляет собой отношение приращения напряжения к приращению частоты вращения:

(2.2)

При холостом ходе ЭДС якоря пропорциональна частоте вращения:

, (2.3)

где , Ф – магнитный поток возбуждения.

При нагрузке напряжение на зажимах тахогенератора уменьшается на падение напряжения:

,

где , R_H – сопротивление нагрузки.

Рисунок 2.2. Схемы тахогенераторов по­стоянного тока

Подставляя значение в уравнение (2.3), получим , откуда

При постоянстве значении R_я, R_Н и Ф_в можно принять:

(2.4)

где коэффициент

(2.5)

Чем больше Ф, R_H, и меньше R_Я тем больше крутизна с₁. Тахогенераторы с электромагнитным возбуждением имеют большую крутизну выходной характеристики, чем магнитоэлектрические.

Из уравнения (2.5) следует, что выходное напряжение U и при на­грузке является линейной функцией частоты вращения. Однако практи­чески выходная характеристика отклоняется от линейной (рис. 2.5) из-за наличия реакции якоря, ослабляющей поток возбуждения Ф.

Отклонение от линейности из-за размагничивающего действия реакции якоря определяет первую погрешность тахогенератора. Для уменьшения ее следует нагружать тахогенератор на относительно большое сопротивление нагрузки R_H и использовать небольшой диапазон частот вращения. Вторая погрешность обусловлена наличием переходного контакта между коллектором и щетками.

Падение напряжения на переходном контакте R_щ с некоторым допущением можно считать постоянным: Для уменьшения падения напряжения ΔU_щ в тахогенераторах применяют медно-графитовые или серебряно-графитовые щетки.

В тахогенераторах с электромагнитным возбуждением наблюдается неустойчивость выходной характеристики вследствие нагрева обмотки полюсов. Для уменьшения температурного влияния на выход­ной характеристики магнитная система тахогенератора делается насы­щенной. В этом случае изменение тока возбуждения вследствие темпе­ратурного изменения сопротивления обмотки почти не влияет на маг­нитный поток тахогенератора. Практически за крутизну выходной характеристики часто принимают число вольт, приходящееся на 1000 об/мин.

Напряжение на выходе тахогенератора, как и напряжение генератора постоянного тока, имеет якорные, зубцовые и коллекторные пульсации. Сглаживание пульсаций выходного напряжения тахогенератора осу­ществляется за счет: а) увеличения зазора до пределов, определяемых допустимой МДС возбуждения машины; б) строгой цилиндричности поверхности якоря и коллектора; в) устранения эксцентриситета якоря; г) специальной веерообразной сборки железа якоря со сдвигом каждого листа относительно предыдущего на один зубцовый шаг; д) изготовле­ния тахогенераторов таким образом, чтобы число пазов или зубцов на полюс не равнялось целому числу; е) увеличение числа коллекторных пластин.

Тахогенераторы применяют для: а) измерения частоты вращения любого вала в диапазоне 0-10000 об/мин; б) осуществления вычисли­тельных операций; в) выработки сигнала, пропорционального частоте вращения в схемах автоматического регулирования частоты вращения и в системах следящего привода.

Рисунок 2.3. Выходные ха­рактеристики тахогенератора при различных R_H

От тахогенератора могут питаться потенциометры, потребляющие при максимальной рабочей частоте вращения мощность до десятков ватт; обмотки электромашинных или электромагнитных устройств и элементов, а также и реле. В некоторых системах к тахогенераторам подключают входные цепи электронных и полупровод­никовых усилителей.

Литература 1 осн [13-16, 23-28], 2 доп [716-721].

Контрольные вопросы

1. Какую функцию выполняет обмотка якоря?

2. Что называется тахогенератором?

3. Какая характеристика называется выходной характеристикой тахогенератора?

4. Чем обусловлена погрешность тахогенератора?

5. Что такое реакция якоря?

6. Чему приводит реакция якоря?

Лекция 12. Двигатели постоянного тока. Уравнение моментов.

Характеристики двигателя

постоянного тока.

12.1 Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока применяют в приводах, требующих плав­ного регулирования частот вращения в широком диапазоне. Свойства двигателей, как и генераторов, определяются способом возбуждения и схемой включения обмоток возбуждения. По способу возбуждения различают двигатели с электромагнитным и магнитоэлектрическим воз­буждением. Электрические двигатели с электромагнитным возбужде­нием делятся на двигатели с параллельным (шунтовые), последова­тельным (сериесные), смешанным (компаундные) и независимым возбу­ждением.

Как отмечалось, электрические машины постоянного тока обра­тимы, т. е. могут работать не только генераторами, но и двигателями. Если отсоединить генератор от первичного двигателя и подвести напря­жение к обмоткам якоря и возбуждения, то якорь начнет вращаться и машина будет работать как двигатель, преобразуя электрическую энергию в механическую. Направления тока и ЭДС в проводниках об­мотки якоря двигателя показаны на рис. 3.1.

Преобразование электрической энергии в механическую во всех дви­гателях можно наглядно показать с помощью энергетической диа­граммы (рис. 3.2). На рис. 2.5 – полная электрическая мощность, подводимая к двигателю; – мощность потерь в цепи возбуждения; – мощность потерь в цепи якоря; – мощность потерь холостого хода; – полная механиче­ская мощность; – электромагнитная мощность; — полезная ме­ханическая мощность на валу.

Рассмотрим энергетическую диаграмму для двигателя с парал­лельным возбуждением (рис. 2.7). Из диаграммы видно, что

Рисунок 3.1. Направления тока и ЭДС в проводни­ках обмотки якоря дви­гателя

Рисунок 3.2. Энергетическая ди­аграмма двигателя постоян­ного тока

Учитывая (1.1), получим уравнение равновесия ЭДС двигателя:

. (3.1)

На основании (3.1) ток якоря:

(3.2)

Рисунок 3.3. Схема двигателя постоянного тока параллель­ного возбуждения

Можно доказать, что

(3.3)

где: – угловая частота вращения якоря, – частота вращения якоря, об/мин, – электромагнитная мощность двигателя.