2.2. Тахогенераторы

Тахогенераторы представляют собой маломощные электрические генераторы (обычно до Р=10-50 Вт), которые служат в системах автоматики для преобразования скорости вращения в электрический сигнал (напряжение 1/с). От тахогенераторов требуется линейная зависимость с точностью до 0,2 - 0,5%, а иногда с точностью до 0,01%. В маломощных тахогенераторах при n - 1000 об/мин напряжение U= 3 - 5 В, а в более мощных тахогенераторах обычного применения при такой же скорости вращения U= 50 - 100 В.

Большинство тахогенераторов имеет обычную конструкцию машин постоянного тока с независимым возбуждением или с постоянными магнитами. При необходимости уменьшения механической инерции и устранения зубцовых пульсаций напряжения применяют конструкцию с полым якорем. Для измерения частоты вращения тахогенератора его вал механически соединяют с валом механизма, частоту вращения которого требуется измерить. На выводы тахогенератора подключают измерительный прибор со шкалой, градуированной в единицах частоты вращения. В последнее время разрабатываются также униполярные тахо­генераторы с электромагнитным возбуждением или с постоянными магнитами. При этом отсутствуют коллекторные пульсации напряжения.

Исполнительные двигатели и тахогенераторы нормальной конструкции и с постоянными магнитами выпускаются в России серийно. Широко применяются также исполнительные двигатели и тахогенераторы переменного тока.

Применение тахогенераторов

Тахогенераторы применяются во многих отраслях техники. Одно из новшеств в их применении предложил Нижегородский завод «Инстру­мент». Данный завод выпустил двухскоростную дрель ударного действия GSB 20-2 RET. Встроенные в её систему управления тахогенераторы по­зволяют: контролировать частоту вращения, увеличивать мощность кру­тящего момента при увеличении нагрузки, контролировать крутящий мо­мент для равномерного завинчивания шурупов.

2.3. Вращающиеся трансформаторы

Вращающиеся трансформаторы представляют собой индукционные приборы, конструктивно сходные с асинхронными машинами малой мощности с фазным ротором и контактными кольцами. Они имеют статор и ротор с пазами, в которых распределяются обмотки. Одна из обмоток является первичной и питается от источника однофазного синусоидального напряжения. Основным свойством вращающегося трансформатора является то, что при повороте его ротора взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора с высокой степенью точности изменяется по закону синуса или косинуса угла поворота. Вследствие этого эффективные значения ЭДС взаимоиндукции, индуцируемых во вторичных обмотках трансформатора, строго следуют этим зависимостям (рис. 2.5).

В зависимости от характера изменения эффективного значения вы­ходного напряжения различают синусно-косинусные вращающиеся и ли­нейные трансформаторы. На статоре и, роторе этих трансформаторов рас­полагаются по две одинаковых однофазных взаимно перпендикулярных обмотки, распределенных в пазах. Одна из обмоток на первичной стороне трансформатора питается однофазным переменным током, а другая обычно наполняет роль компенсационной обмотки и замыкается накоротко или на некоторое сопротивление. Первичная и компенсационная обмотки могут помещаться на статоре, а вторичные — на роторе, или наоборот.

Основными областями применения этих трансформаторов являются электрические счетно-решающие устройства, следящие системы и схемы разверток радиолокационных станций и др. В зависимости от назначения вращающиеся трансформаторы в перечисленных областях применения мо­гут работать как в режиме поворота ротора в пределах определенного за­данного угла, так и при непрерывном вращении со скоростью до 3000 об/мин. Если вращающийся трансформатор используется как элемент счетно-решающего устройства в режиме поворота ротора, то первичная и компенсационная обмотки его помещаются обычно на статоре, а вторичные синусно-косинусные обмотки — на роторе.

К вращающимся трансформаторам предъявляются высокие тре­бования в отношении точности воспроизведения синусоидального изменения эффективного значения выходного вторичного напряжения от угла поворота ротора. В трансформаторах высокого класса точности погрешность отклонения этого напряжения от законов синуса и косинуса не должна превышать 0,02—0,05% наибольшего значения напряжения. Высокая точность работы вращающихся трансформаторов обеспечивается соответствующими мерами конструктивного характера и тщательной технологией их изготовления.

Потребляемая мощность вращающимися трансформаторами со­ставляет обычно величину порядка нескольких вольт-ампер при частотах питания 50, 400, 1000 и до 2500 Гц.

Синусный вращающийся трансформатор

В синусном режиме работы вращающегося трансформатора (ВТ) для

компенсации первичной составляющей вторичного поля на первичной стороне помещается короткозамкнутая обмотка под углом 90 градусов к основной обмотке. За счет этой обмотки создаётся поле, направленное противоположно направлению поперечной составляющей вторичного поля и в о шовном компенсирует его. В результате погрешность трансформато­ра значительно уменьшается.

Компенсацию погрешности в ВТ этим способом называют симметрированием обмоток трансформатора, которое может быть первичным и вторичным. Так, например, применение для этой цели короткозамкнутой компенсационной обмотки на первичной стороне трансформатора относится к первичному симметрированию.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор

Если на вторичной стороне трансформатора поместить две взаимно перпендикулярные обмотки, то получится схема синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ).

При нагрузке вторичные синусная и косинусная обмотки транс­форматора создают соответственно магнитные поля, поперечные состав­ляющие которых направлены навстречу друг другу и при одинаковых на­грузочных сопротивлениях этих обмоток взаимно компенсируются. Это явление полной взаимной компенсации поперечных составляющих маг­нитных полей вторичных обмоток называют вторичным сим­метрированием обмоток трансформатора. В случае неодинаковых нагру­зочных сопротивлений синусной и косинусной обмоток трансформатора получается неполное его вторичное симметрирование, так как разность поперечных составляющих полей компенсируется не полностью. Эта раз­ность полей компенсируется полем короткозамкнутой компенсационной обмотки на первичной стороне. Таким образом, в синусно-косинусном вращающемся трансформаторе одновременно осуществляется как первич­ное, так и частичное или полное вторичное симметрирование обмоток. Это обеспечивает необходимую точность работы трансформатора при воспро­изведении синусно- и косинусоидальной зависимостей эффективных зна­чений вторичных выходных напряжений при повороте ротора или непре­рывном вращении его с определенной скоростью.

При непрерывном вращении ротора трансформатора с определенной постоянной скоростью n (об/мин) вращения мгновенное значение выход­ного напряжения синусной обмотки представляет собой алгебраическую сумму двух косинусоид разных частот. При относительно небольшом от­личии этих частот напряжение представляется кривой биения двух колеба­ний с максимальной амплитудой. В этом случае трансформатор является датчиком «пучков» импульсов синусоидальной формы с периодически ме­няющейся амплитудой.

О точности работы вращающихся трансформаторов

Вращающиеся трансформаторы, применяемые в системах авто­матики, характеризуются напряжением питания, частотой сети, коэффици­ентом трансформации и другими величинами, определяющими точность их работы в схемах.

Точность работы вращающегося трансформатора характеризуется следующими величинами: относительной амплитудной погрешностью в синусоидальной зависимости эффективного значения вторичной ЭДС от

угла поворота ротора; остаточной ЭДС, возникающей во вторичных обмот­ках от паразитных полей вследствие магнитной асимметрии магнитной системы трансформатора (эта ЭДС сдвинута по фазе на некоторый угол от ЭДС, индуцируемой основным магнитным полем, и имеет поперечную со­ставляющую); ЭДС квадратурной обмотки, возникающей в одной обмотке при включении в сеть другой из-за неперпендикулярности осей этих обмо­ток по технологическим причинам (кривая этой ЭДС состоит из основной гармоники частоты сети и высших временных гармоник). Кроме указан­ных погрешностей вращающийся трансформатор имеет еще дополнитель­ные погрешности, характеризующие изменение выходной ЭДС при коле­баниях напряжения питания, частоты сети и температуры окружающей среды. Пределы этих колебаний обычно задаются в зависимости от усло­вий эксплуатации.