12. Генераторные измерительные преобразователи: сельсины.

Принцип действия. Сельсины служат для синхронного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных друг с другом. Одну из этих машин, механически соединенную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного двигателя),— приемником. При повороте ротора сельсина-датчика на какой-либо угол, ротор сельсина-приемника поворачивается на такой же точно угол. Следовательно, система из двух сельсинов стремится ликвидировать рассогласование между положениями роторов датчика и приемника и в идеальном случае свести его к нулю.

Сельсины имеют две обмотки: первичную, или обмотку возбуждения, и вторичную, или обмотку синхронизации. В зависимости от числа фаз обмотки возбуждения различают одно- и трехфазные сельсины. Обмотку синхронизации сельсинов обычно выполняют по типу трехфазной.

Индикаторный режим используется при отсутствии другого исполнительного двигателя. Синхронизирующий момент между валами сельсина- датчика и сельсина- приемника

создается при наличии некоторого пространственного угла = - , называемого углом рассогласования. Появляющиеся при этом ЭДС обеспечивают протекание тока по обмоткам синхронизации датчика и приемника. В результате в сельсине- приемнике возникает момент, старающийся повернуть его вал на угол равный углу поворота датчика. Из - за наличия механической нагрузки на валу приемника угол рассогласования, как правило, больше нуля.

В трансформаторном режиме к ведомой оси приложен значительный момент сопротивления. Поэтому угол рассогласования отрабатывается в этом случае с помощью исполнительного двигателя. Появляющееся в обмотке возбуждения выходное напряжение подается через усилитель на обмотку исполнительного двигателя. Сельсины могут работать в режиме поворота и в режиме вращения. В первом случае имеем статическую ошибку системы синхронной связи, а во втором ошибка рассогласования определяет динамическую точность системы.

13. Генераторные измерительные преобразователи: Тахогенераторы.

Тахогенера́тор— измерительный генератор постоянного или переменного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал.

Главное требование, предъявляемое к тахогенераторам, заключается в линейности выходной характеристики - пропорциональной зависимости между выходным напряжением U и угловой скоростью вращения n:

где: k, k’ - коэффициенты пропорциональности; j - угол поворота.

По роду тока можно различать тахогенераторы переменного и постоянного тока. Тахогенераторы переменного тока могут быть асинхронными и синхронными. Тахогенераторы постоянного тока могут быть либо с постоянными магнитами, либо с электромагнитным возбуждением (с обмоткой возбуждения).

Тахогенераторы постоянного тока - это небольшие генераторы постоянного тока чаще с возбуждением тока при помощи постоянных магнитов, реже - с независимым возбуждением (рис. 6.8). Конструктивно они не отличаются от обычных машин постоянного тока малой мощности.

Выходное напряжение тахогенератора U_Г может быть выражено так же, как напряжение обычного генератора постоянного тока через ЭДС якоря Е_Г, падение напряжения в обмотке якоря I_Гr_Г и падение напряжения на щеточном контакте ΔU_щ:

где I_г - ток в обмотке якоря; r_Г - сопротивление обмотки якоря.

Большое распространение в настоящее время получили синхронные тахогенераторы, конструктивно представляющие собой однофазные (а иногда и трехфазные) синхронные генераторы малой мощности с ротором, имеющим явно выраженные полюсы и выполненным в виде постоянного магнита - звездочки. Благодаря выполнению возбуждения достоянным магнитом в синхронном тахогенераторе отсутствуют скользящие контакты, что значительно повышает его надежность.

При вращении ротора тахогенератора в обмотке его статора наводится ЭДС, амплитуда которой прямо пропорциональна частоте вращения n:

где f = pn/60 - частота генерируемой ЭДС; w_Г - эффективное число витков обмотки статора; Ф - магнитный поток; k = 4,44(рw_Г/60)Ф - постоянный (при Ф = const) коэффициент, равный крутизне выходной характеристики; p - число пар полюсов.

Применение синхронных тахогенераторов в ряде схем затруднительно вследствие того, что у них одновременно с амплитудой при изменении частоты вращения n изменяется и частота f выходного напряжения. Изменение частоты приводит к изменению значения реактивных сопротивлений X_L = 2πfL и X_с = 1/(2πfC) как самого тахогенератора, так и нагрузки, на которую он работает. Это ведет к искажению выходной характеристики и к появлению погрешностей.

Положительным качеством всех без исключения синхронных тахогенераторов является то, что они при малых габаритных размерах имеют большую выходную мощность.

Асинхронные тахогенераторы по своей конструкции не отличаются от двухфазных асинхронных исполнительных двигателей с полым немагнитным ротором. Так же как и двигатели, они имеют на статоре две фазные обмотки, оси которых смещены в пространстве относительно друг друга на угол 90°

Полый ротор асинхронного тахогенератора в отличие от ротора исполнительного двигателя с целью обеспечения большого активного сопротивления, мало меняющегося при изменении температуры, выполняется (в точных тахогенераторах) из константана, специального манганина, фосфористой или марганцовистой бронзы и т. п.

К положительным качествам асинхронных тахогенераторов, которые способствуют их весьма широкому распространению, следует отнести:

• бесконтактность - отсутствие скользящих контактов;

• малоинерционность, обусловленную малым моментом инерции ротора;

• наличие малого момента сопротивления (трения в подшипниках и тормозящего электромагнитного) вследствие отсутствия радиальных и аксиальных сил, действующих на ротор;

• большую надежность;

• неплохую стабильность характеристик.

• Недостатками асинхронных тахогенераторов, ограничивающих области их применения, являются:

• теоретическая и практическая нелинейность выходной характеристики;

• наличие фазовой погрешности;

• наличие нулевого (остаточного) напряжения;

• малая выходная мощность, что приводит к необходимости увеличения габаритных размеров (асинхронный тахогенератор в 2...4 раза больше тахогенератора постоянного тока с такой же выходной мощностью);

• низкий cosφ;

• большие габаритные размеры и масса.