Асинхронний тахогенератор

Принцип дії. Конструкція асинхронного тахогенератора аналогічна конструкції виконавчого асинхронного двигуна з порожнистим немагнітним ротором. На статорі в пазах укладені дві обмотки, зсунуті в просторі на 90. Одна з обмоток В (збудження) постійно включена в мережу, інша обмотка Г (генераторна) приєднана до навантаження Zн, тобто є вихідною.

По обмотці В проходить змінний струм, внаслідок чого створюється магнітний потік Фd, пульсуючий з частотою мережі f1.Этот потік розподілений в просторі практично синусоїдально і його вісь співпадає з віссю обмотки збудження В (мал. 7.12,а), званою подовжньою віссю d-d . Відповідно потік, створюваний обмоткою збудження, називають

Поперечної. Розглянемо, які ЕРС і струми виникають в асинхронному тахогенераторе при нерухомому і обертається роторі.

При нерухомому роторі магнітний потік Фd пронизує обмотку збудження. В, індукція в ній ЕРС

Е_В = 4,44F₁ W_B K_ОБ.В Ф_dm

Де W_B, kоб.в - число витків і обмотувальний коефіцієнт обмотки збудження.

Нехтуючи активним опором обмотки збудження і індуктивним опором, обумовленим потоком розсіяння, для обмотки збудження можна записати U_В+Е_В=0.

У ідеальному випадку в обмотці Г подовжній потік Фd не індукує ЕРС, оскільки обмотка Г зсунута щодо обмотки В на 90°. Отже, при п=0 і напруга на навантаженні рівна нулю. Проте практично точної магнітної симетрії осей вказаних обмоток досягти неможливо, тому частина потоку Фd виявляється трансформаторний пов'язаною з обмоткою Г і індукує в ній деяку ЕРС, звану залишковою.

Мал. 7.12. Характер розподілу ЕРС і струмів, індукованих в порожнистому роторі

Порожнистий ротор можна представити сукупністю ряду «елементарних провідників». У кожному такому провіднику пульсуючий потік індукує ЕРС е_тр, звану трансформаторною. Оскільки активний опір порожнистого ротора у багато разів більше індуктивного, то ЕРС е_тр і що викликається нею в роторі струм i_тр практично співпадають по фазі. При цій умові створювана струмом iтр МРС ротора F2d діє по подовжній осі машини при нерухомому і обертається роторі. На мал. 7.12, а показаний напрям ЕРС е_тр, струму i_тр і МРС F2d у момент часу, коли потік Фd зменшується. Оскільки для обмотки збудження справедлива умова U_В+Е_В=0, то при виникненні подовжньої МРС ротора F2d в обмотці збудження з'являється компенсуючий струм (аналогічно тому, як в трансформаторі), МРС Fbd якого компенсує дія МРС F2d .

При обертанні ротора яким-небудь стороннім механізмом в його елементарних провідниках крім трансформаторної ЕРС е_тр індукується ще і ЕРС обертання е_Вр=Bx l₂ v₂, де Bx - індукція в даній точці повітряного зазору в дану мить ; l₂- довжина ротора в магнітному полі; v₂- окружна швидкість ротора.

Оскільки потік Фd пульсує в часі з частотою мережі f1, то і Індуковані їм ЕРС е_вр також пульсують з цією ж частотою. При синусоїдальному розподілі індукції Вх уздовж кола ротора максимальне значення ЕРС е_вр у будь-який момент часу досягається в елементарному провіднику, розташованому по продольній осі машини.

На мал. 7.12,6 показані миттєві напрями ЕРС обертання е_вр і створюваних нею торсів i_вр в елементарних провідниках порожнистого ротора.

Слідує підкреслити, що при будь-якій частоті обертання напрям цієї ЕРС в елементах ротора, розташованих по обидві сторони поперечної осі,

протилежне. Якщо нехтувати індуктивним опором порожнистого ротора, то напрям струму iвр в кожному елементі співпадає з напрямом ЕРС е_вр. При цій умові струми ротора i_вр співпадають МРС F2q і пульсуючий магнітний потік Фq, які направлені по поперечній осі q-q(мал. 7.12, в). Потік Фq не зчеплений безпосередньо з обмоткою збудження; у вихідний

обмотці Г він індукує

Е_Г = 4,44f₁ W_Г k_ОБ.Г Ф_dm

Где W_Г , k_ОБ.Г —число витків і обмотувальний коефіцієнт вихідної обмотки.

Частота зміни ЕРС у вихідній обмотці не залежить від частоти обертання ротора і за будь-яких умов рівна частоті зміни ЕДС е_вр в роторі, тобто частоті мережі f1 живлячої обмотку збудження. Незмінність частоти вихідної напруги є цінною властивістю асинхронного тахогенератора.

Розглянемо, як зв'язана ЕРС Е_Г у вихідній обмотці з частотою обертання ротора. Згідно (7.7), вона пропорційна поперечному потоку

Фdm= F2q/Rmq,

де F2q- максимальне значення МРС ротора по поперечній осі;

Rmq - магнітний опір машини по цій осі.

У асинхронній машині з порожнистим немагнітним ротором ефективний повітряний зазор дуже великий, тому магнітний опір Rmq є практично незмінним (магнітний опір сталевих ділянок нехтує мало). Отже, магнітний потік по поперечній осі практично пропорційний МРС Fmq, яка, у свою чергу, пропорційна струму i_вр і ЕРС обертання евр ротора. Проте ЕРС обертання прямо пропорційна потоку Фd і частоті обертання ротора п₂ тому за відсутності насичення магнітної системи

U_вих =Е_Г=c₁f₁Ф_qm v₂=c₃n₂ ,

Де с1…с3 - постійні.

Таким чином, в тому, що ідеалізується тахогенераторе (при прийнятих допущеннях) ЕРС у вихідній обмотці прямо пропорційна частоті обертання ротора. Іншими словами, його вихідна характеристика Uвих= f (v) є лінійною (мал. 7.13,а,кривая 2). У реальних умовах роботи тахогенератора вказана характеристика відхиляється від лінійної залежності (крива 1), тобто з'являється амплітудна погрішність U_ВиХ .

Амплітудну погрішність можна зменшити шляхом відповідного калібрування тахогенератора. Під калібруванням розуміється встановлення такого нахилу ідеальної характеристики тахогенератора (мал. 7.13,б, крива 2), при якому відхилення в середньому від реальної характеристики 1 мінімальне.