2.2 Тахогенератор

Тахогенератор ТС1 имеет закрытое встроенное исполнение (якорь генератора жестко закреплен на валу якоря ДПТ). Возбуждение тахогенератора – от постоянных магнитов.

Технические характеристики тахогенератора ТС1:

1. Крутизна напряжения тахогенератора 0.033 В/(об/мин);

2. Нагрузочное сопротивление не менее 2 кОм.

Передаточная функция тахогенератора:

Wtg1=k, (5)

где

k=0.033 В/(об/мин)*60 =1.98 об/с – крутизна характеристики тахогенератора, но с выхода ТГ_1 максимальный сигнал составляет 1.98 В/(Об/c)*(4000/60) Об/c =132 В, а напряжение питания ОУ составляет 12 В, т.е. необходимо ослабить сигнал в 132/12=11 раз и передаточная функция тахогенератора будет:

Wtg1=k/11=0.18 (6)

2.3 Мостовой тиристорный преобразователь

Для обеспечения питания двигателя постоянного тока (выпрямления переменного тока), а также управления напряжением на якоре служит управляемый тиристорный преобразователь БТУ 3601-36 [8], в его состав входит система импульсно-фазового управления тиристорами и сглаживающий реактор для уменьшения пульсаций выходного напряжения.

Технические характеристики тиристорного преобразователя БТУ 3601-36:

1. Напряжение питания сети 220 В;

2. Номинальное постоянное напряжение 230 В;

3. Номинальный постоянный ток 40 А;

4. Постоянная времени 0.01 с;

5. Масса 18.5 кг;

6. Габариты 400х250х260 мм.

Передаточная функция тиристорного преобразователя:

, (7)

где

k_тп= 19.1 - коэффициент усиления тиристорного преобразователя, так как максимальный сигнал рассогласования в цепи местной ООС составим 12 В, а U_ном(ТП)=230 В, тогда коэффициент усиления ТП составит 230 В/12 B=19.1,

T_тп - постоянная времени тиристорного преобразователя.

Передаточная функция тиристорного преобразователя примет вид:

. (8)

2.4 Операционный усилитель

В качестве операционного усилителя будем использовать микросхему K153УД5 средней точности, общего применения [4]. Технические характеристики операционного усилителя K153УД5:

1. Напряжение питания +5 В…+16.5 В;

2. Входной ток 125 нА.

Передаточная функция операционного усилителя :

W_ou1=W_ou2=1, (9)

так как операционные усилители выполняют только вычисление сигнала рассогласования.

2.5 Пьезодатчик

В качестве датчика вибрации будем использовать пьезодатчик, который преобразует величину виброускорения в пропорциональное выходное напряжение [6]. На рисунке 2 показан пьезоэлектри­ческий датчик ускорения, используе­мый в виброизмерительной аппарату­ре.

1

2

3

Рисунок 2

Пьезоэлемент 1 из титаната бария расположен в корпусе прибора 2 меж­ду инерционной массой 3 и подпят­ником 4. Для увеличения силы, действующей на пьезоэлемент при ускоре­ниях, инерционная масса имеет относительно большие размеры и изго­товлена из вольфрама. Пакет из инерционной массы 3, пьезоэлемента 1 и тодпятника 4 прижат к основанию корпуса гайкой 5 через сферическую пяту изоляционную прокладку, пружин­ную шайбу и контактную пластину. Вы­вод сигнала выполнен с помощью спе­циального антивибрационного кабеля. Датчик измеряет ускорения от 0,2 до 200 g. Коэффициент преобразования порядка 8 мВ на 1 g. Минимальная час­тота виброускорений 5 Гц.

Пьезоэлектрический датчик подобен электрическому конденсатору. Количество электричества q, появившееся под воздействием механической силы, заряжает грани пьезоэлемента и соединенные с ним проводники до напряжения U, определяемого как U= q/C, где С — емкость между проводниками (включая емкость пьезоэлемента). Чувствительность датчика определяется как приращение выходного напряжения, соответствующее изменению силы F. При параллель­ном соединении п пластин их емкость складывается. Чувствитель­ность пьезодатчика в этом случае:

, (10)

где

п — количество пластин;

К_о — пьезоэлектрический модуль мате­риала пластины, Кл/Н;

С_вх — емкость измерительной цепи, Ф;

С_о — емкость одной пластины, Ф.

В данном случае примем n=1, и пренебрежем значение емкости измерительной цепи.

Емкость одной пластины датчика толщиной d и площадью s можно определить как емкость плоскопараллельного конденсатора:

, (11)

где

ε₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума,

ε₀ = 8.85*10^-12 Ф/м;

ε - диэлектрическая проницаемость материала пьезодатчика;

s – площадь пластины пьезодатчика, м²;

d – расстояние между пластинами,м.

Емкость пьезоэлемента С на практике бывает невелика и выражается в пикофарадах (1 пФ = 10^-12 Ф).

Выходной сигнал пьезодатчика

U= S_aF, (12) где F— измеряемая сила, но

F=m*a, (13)

где

m – инерционная масса пьезодатчика, кг;

a – виброускорение, измеряемое пьезодатчиком, причем

а = N*g,, (14)

g = 9.8 м/с² – ускорение свободного падения;

N – коэффициент пропорциональности.

Решая совместно уравнения (10) - (14) получим:

, (15)

Так как коэффициент преобразования пьезодатчика составляет 8 мВ на 1 g, а материалом пьезоэлемента является титанат бария, для которого k_o=0.255 Кл/Н, ε = 10⁴, тогда (15) примет вид: (16)

Или (17)

То есть получили зависимость геометрических параметров пьезодатчика от инерционной массы, зададим m = 0.00001 кг, тогда d/s=2.77*10^-4, если расстояние между пластинами d=0.00001 м, тогда s=0.036 м².

Передаточная функция пьезодатчика:

Wdv=S_d*p, (18)

так как S_d=0.008, то

Wdv=0.008*p (19)