55. Асинхронный тахогенератор

Тахогенератор – электрическая машина, преобразующая частоту вращения в электрический сигнал. Зависимость напряжения на выходе тахогенератора от частоты вращения называется выходной характеристикой. В идеальном случае эта зависимость прямая. Тахогенераторы используются для измерения частоты вращения, выработки ускоряющих и замедляющих сигналов, для операции дифференцирования.

Тахогенератор устроен так же, как однофазный асинхронный двигатель с полым немагнитным ротором. В пазах статора уложены две сдвинутые в пространстве на 90° обмотки: возбуждения ОВ (1) и выходная генераторная ОГ (2). Схема включения тахогенератора изображена на рисунке 53.

Рис. 53. Асинхронный тахогенератор:

1 – обмотка возбуждения;

2 – генераторная обмотка;

3 – сердечник статора;

4 – полый немагнитный ротор;

5 – внутренний сердечник статора

Ток обмотки возбуждения, включенной в сеть переменного тока с напряжением U_в, создает неподвижный в пространстве пульсирующий с частотой сети магнитный поток Ф_в. Этот поток пронизывает тело полого немагнитного ротора и генераторную обмотку. При неподвижном полом роторе ЭДС в генераторной обмотке не возникает в силу того, что магнитный поток расположен перпендикулярно этой обмотке. Ток, возникающий в полом роторе, создает магнитный поток, направленный против потока возбуждения, уменьшает его значение, но не изменяет его положения. Это происходит потому, что из(за большого немагнитного зазора (двух воздушных промежутков и стенки немагнитного ротора) индуктивное сопротивление полого ротора невелико, поэтому ток в полом роторе совпадает по фазе с ЭДС.

Когда полый ротор вращается, в результате пересечения им магнитного потока возбуждения Ф_в в нем возникает ЭДС вращения, направление ее для какого‑то момента времени указано на рисунке 53 точками и крестиками. ЭДС вращения вызывает ток в полом роторе, а последний создает магнитный поток Ф_{T, пр},который, как это указано на рисунке 54, совпадает с осью генераторной обмотки. В результате в генераторной обмотке от этого потока возникают ЭДС, пропорциональная окружной скорости, т. е. частоте вращения (e = Blv), ток, пропорциональный ЭДС, и магнитный поток, пропорциональный току (магнитная система не насыщена). Таким образом, ЭДС, возникающая в генераторной обмотке, пропорциональна частоте вращения полого ротора тахогенератора.

Рис. 54. Схема включения асинхронного тахогенератора

56. Вращающийся трансформатор

Вращающийся (поворотный) трансформатор – электрическая машина. Он по устройству подобен асинхронному двигателю с контактными кольцами, предназначен для преобразования угла поворота его ротора в напряжение, пропорциональное некоторой функции этого угла. Вращающиеся трансформаторы подразделяются на синусные, напряжение на выходе которых пропорционально синусу или косинусу угла поворота ротора; линейные, где напряжение на выходе пропорционально углу поворота, и на трансформаторы‑построители, напряжение которых пропорционально корню квадратному из суммы квадратов напряжений на входах:

Для получения указанных выше зависимостей выходного напряжения от угла поворота может быть использована одна и та же машина с двумя обмотками на статоре и двумя на роторе при соответствующих схемах их включения. Вращающиеся трансформаторы применяются в системах автоматического управления, в устройствах вычислительной техники для решения геометрических и тригонометрических задач и т. д.

В пазах сердечника статора (рис. 55) уложены две сдвинутые на 90° обмотки В и К, в пазах ротора также уложены две сдвинутые на 90° обмотки С и S. Концы обмоток ротора соединены так, как изображено на рисунке 55, и имеют три вывода, которые припаяны к трем контактным кольцам, установленным на оси ротора.

Рассмотрим синусно(косинусный режим работы вращающегося трансформатора: в этом случае на обмотку возбуждения В подается переменное напряжение U_вх.

Напряжение вызывает ток в обмотке, а последний – переменный магнитный поток Ф_Т, пронизывающий обмотки ротора С и S. Продольные составляющие потоков обмоток С и S, обусловливающие ЭДС, возникающую в них, как это следует из векторной диаграммы рисунке 55, соответственно равны:

Ф_ms = Ф_m cos α, Ф_mC = Ф_m sin α.

Если для обмотки возбуждения справедливо выражение:

U_вх ≈ Е_вх = 4,44ω_вfФ_m,

то для обмоток С и S справедливо:

U_s ≈ Е_s = 4,44ω_sfФ_m cos α = Е_ms cos α,

U_C ≈ Е_C = 4,44ω_CfФ_m sin α = Е_mC sin α.

Все это справедливо при холостом ходе, когда к обмоткам С и S не подключены потребители и ток в обмотках равен нулю. В действительности нагрузка существует, в обмотках действует ток, который создает магнитный поток, существенно искажающий закон изменения выходных напряжений. Компенсация этих потоков осуществляется с помощью компенсационной обмотки, которая замыкается в одних случаях накоротко, в других – на какое(то сопротивление.

Рис. 55. Пояснение устройства и принципа действия поворотного трансформатора