15.5. Переваги й недоліки тахогенераторів постійного струму. Робота в режимі акселерометра

Перевагами тахогенераторів постійного струму є такі:

1. Відсутність фазової погрішності.

2. Відсутність впливу характеру навантаження (активне, індуктивне, ємнісне) на величину вихідної напруги.

3. Можливість одержання високої лінійності вихідної характеристики.

4. Відсутність стороннього джерела збудження, мала залежність магнітного потоку від температури й відсутність втрат на збудження в магнітоелектричних тахогенераторах.

5. Висока точність вимірювання швидкості.

6. Незначна інерційність, що дозволяє вважати тахогенератор чисто диференціюючою ланкою.

7. Можливість у тахогенераторах з електромагнітним збудженням змінювати в широких межах статичний коефіцієнт підсилення (тангенс кута нахилу вихідної характеристики) за рахунок зміни потоку збудження.

До недоліків тахогенераторів постійного струму належать такі:

1. Порівняно велика маса й вартість.

2. Нестабільність вихідної характеристики внаслідок наявності ковзного контакту, що ускладнює конструкцію, зменшує її експлуатаційну надійність, особливо в умовах висотності й високої температури оточуючого середовища.

3. Пульсації вихідної напруги й радіозавади.

Пульсації вихідної напруги особливо впливають в системах автоматичного регулювання при малих швидкостях обертання тахогенератора (підхід системи до стійкого положення), коли період пульсацій стає сумірним зі сталою часу виконавчого елемента.

Позитивною властивістю тахогенератора постійного струму є можливість його використання в якості акселерометра, тобто для вимірювання кутових прискорень.

Цьому відповідає схема рис. 15.4.

Рис. 15.4. Схема акселерометра на тахогенераторі постійного струму

При усталеній кутовій швидкості =const напруги U_с= U_а, тому вихідна напруга U_вих=0.

В установленому режимі ЕРС на затискачах якоря відповідає формулі (17.1). З появою кутового прискорення стає U_вих≠0. При цьому

, (15.18)

Де К_nc – коефіцієнт підсилення, який може бути розрахований з формули (17.9) після заміни U_вих на U_а. Нехтуючи розмагнічуючою дією реакції якоря, тобто вважаючи К_р≈0. Одержимо:

. (15.19)

Тоді в режимі акселерометра з урахуванням (15.18):

, (15.20)

де K_R та K_а=K_RК_nc – коефіцієнти пропорційності.

Таким чином, величина вихідної напруги пропорційна кутовому прискоренню якоря тахогенератора.

15.6. Принцип дії асинхронного тахогенератора. Еквівалентна схема

Принципова схема асинхронного тахогенератора (рис. 15.5.) така ж, як схема виконавчого асинхронного двигуна (рис. 11.1.).

Рис. 15.5. Схема асинхронного тахогенератора

Відмінність полягає в тому, що в двигуні одна з обмоток називається обмоткою керування, а в тахогенераторі – генераторною. На її затискачах створюється вихідний сигнал U_г, який подається на зовнішній опір навантаження. При розгляді принципу дії уявимо ротор у вигляді короткозамкненої обмотки з кінечним числом провідників (рис. 15.6.)

При цьому для того, щоб фізична картина проходження струмів була зрозумілішою, уявимо ротор у вигляді двох розділених обмоток, по яких проходять різні складові струму ротора. В дійсності в роторі протікають вихрові струми, але ми для зручності аналізу реальну картину замінюємо еквівалентною.

Рис. 15.6. Еквівалентна схема асинхронного тахогенератора

При нерухомому роторі в його обмотці (внутрішні провідники на рис. 15.6) наводиться трансформаторна ЕРС Е_тр з діючим значенням:

, (15.21)

де

К_обр, _р – відповідно обмотковий коефіцієнт та число витків обмотки ротора;

_зб – потік, створюваний обмоткою збудження. Оскільки ротор короткозамкнений, через витки проходить струм І_тр.

Оскільки вектор магнітного потоку _зб перпендикулярний до осі генераторної обмотки Г, ЕРС, яка індукується в цій обмотці, Е_г при нерухомому роторі в ідеальному випадку дорівнює нулеві.

Якщо ротор тахогенератора буде обертатись зі швидкістю ₂, то процес наведення в ньому трансформаторної ЕРС не зміниться. Пульсуючий потік _зб в ідеальному випадку не залежить від швидкості ₂.

Оскільки провідники ротора (зовнішні провідники на рис. 15.6) обертаються в потоці _зб, в них наводиться ЕРС обертання

, (15.22)

де К – конструктивна стала тахогенератора.

ЕРС Е_обр є лінійною функцією швидкості обертання ротора й пульсує з частотою _зб, тобто – з мереженою частотою ƒ. Під дією цієї ЕРС в провідниках обмотки ротора проходить струм І_обр, який створює магнітний потік _г. Цей потік спрямований по осі генераторної обмотки Г й прямопропорційний І_обр та, відповідно, - ₂. При цьому _г пульсує з частотою ƒ. В генераторній обмотці _г наводить трансформаторну ЕРС:

, (15.23)

де К_обр, w_г – відповідно обмотковий коефіцієнт та число витків генераторної обмотки.

Таким чином, частота вихідної ЕРС Е_г дорівнює мереженій частоті ƒ, а величина пропорційна ₂:

, (15.24)

де

; (15.25)

; (15.26)

К₁ – коефіцієнт, який визначається конструктивними параметрами й напругою збудження тахогенератора.

Співвідношення (15.24.) дозволяє застосувати асинхронні тахогенератори в системах, які працюють з постійною частотою.

Якщо замкнути обмотку Г на зовнішній навантажувальний опір, то по ній пройде струм І_г. Тоді потік _г буде створюватись геометричною сумою МРС ротора й обмотки Г. Тому зміниться величина К_г у формулі (15.24).