5.4. Приборы для измерения скорости. Тахогенератор.

Электрические машины малой мощности, работающие в режиме генератора, выходное напряжение которых U_г является практически линейной функцией частоты вращения вала n, называются тахогенераторами. Такие машины используются в автоматических системах управления и регулирования для измерения частоты вращения, для дифференцирования, для обратной связи по скорости и других операций. В качестве тахогенераторов применяются генераторы постоянного и переменного токов, в том числе синхронные и асинхронные генераторы. Обычно мощность таких машин менее 50 кВт.

Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: линейность характеристики U_г(n), большая её крутизна, определяемая как k = U_г/n, малая потребляемая мощность и минимальные погрешности.

Тахогенераторы постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока (ТГПТ) представляют собой генераторы с независимым возбуждением (рис. 5.1, а) или с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 5.1, б). ЭДС якоря определяется формулой Е=с_ЕФn. При постоянном потоке Ф Е = k n. При холостом ходе Е=U_г, т.е. U_г= k n. Между U_г и n линейная зависимость (прямая 1 на рис. 5.2). При нагрузке на магнитный поток Ф влияет реакция якоря и поэтому выходная характеристика несколько отличается от линейной (кривая 2 на рис. 5.2). Для сохранения линейности магнитная цепь машины должна быть ненасыщенной. Для ТГПТ допустимая погрешность составляет 0,5 – 3%. При нагрузке имеет место падение напряжения в обмотке якоря R_яI_я, между коллектором и щётками U_щ. В этом случае U_г= Е – U_щ – R_яI_я, так как при малых скоростях Е< U_щ и U_г=0, на выходной характеристике появляется зона нечувствительности ЗН (рис. 5.2, кривая 3). Для уменьшения зоны нечувствительности надо уменьшить U_щ, т.е. сопротивление щёток сделать как можно меньше, а нагрузки – больше.

Кроме отмеченного недостатка, в ТГПТ имеет место пульсация выходного напряжения, которая вызвана работой коллектора: неточностью его изготовления, неравномерностью воздушного зазора, зубчатым строением якоря, неровностями коллектора и др. Преимущество ТГПТ заключается в том, что он удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к тахогенераторам.

Синхронные тахогенераторы.

Синхронные тахогенераторы (СТГ) работают как обычные синхронные генераторы, возбуждаемые постоянными магнитами, расположенными на роторе. Их ЭДС и частота f = pn/60 пропорциональны частоте вращения ротора. Поэтому с изменением частоты вращения ротора изменяется не только напряжение на выходе U_г, но и частота этого напряжения. Кроме того, из-за влияния реакции якоря зависимость U_г (n) – не линейна.

Из-за указанных особенностей применять их в схемах нецелесообразно. В основном их применят для измерения частоты вращения рабочих механизмов. Основным достоинством СТГ является сравнительно большая мощность на выходе.

Асинхронные тахогенераторы.

Асинхронные тахогенераторы (АТГ) имеют конструкцию, аналогичную конструкции двухфазного асинхронного двигателя с полым ротором. На статоре расположены две обмотки: возбуждения и генераторная. Обмотка возбуждения питается переменным напряжением U_в частотой f. С генераторной обмотки снимается напряжение, пропорциональное частоте вращения ротора. Генераторная обмотка сдвинута в пространстве на 90° относительно обмотки возбуждения.

Если бы поток Ф_в был постоянным, то при вращении ротора в нём, как в якоре машины постоянного тока, наводилась бы ЭДС вращения Е_я=спФ_в, протекал бы постоянный ток I_я, который создал бы постоянное поперечное поле Ф_г реакции якоря, пропорциональное частоте вращения п. Так как поток изменяется по синусоиде, то и все величины: ЭДС , ток , поток – переменные. В результате поток наводит в генераторной обмотке синусоидальную ЭДС е_г.