4.3.2. Тахогенератори
Тахогенераторами називаються невеликі електричні машини, призначені для перетворення механічного переміщення - обертання вала – в електричний сигнал - вихідну напругу.
Основна вимога, яка пред'являється до більшості тахогенераторів, - лінійність вихідної характеристики, тобто пропорційність вихідної напруги UГ частоті обертання n :
де k, k1 - постійні величини; α - кут повороту.
За родом струму можна розрізняти тахогенератори змінного і постійного струму. Тахогенератори змінного струму можуть бути асинхронними і синхронними. Тахогенератори постійного струму можуть бути або з постійними магнітами, або з електромагнітним збудженням (з обмоткою збудження).
Тахогенератора в схемах автоматики використовуються для наступних цілей:
вимірювання швидкості обертання; у цьому випадку вихідна напруга подається на вольтметр, шкала якого проградуйована в об/хв;
здійснення зворотного зв'язку за швидкістю у слідкуючих системах;
здійснення електричного диференціювання: UГ = k ((d/dt);
здійснення електричного інтегрування
Основні вимоги, пропоновані до тахогенератора:
висока лінійність вихідної характеристики - мінімальне відхилення її від прямої UГ = kn, що є ідеальною вихідний характеристикою тахогенератора;
велика крутизна вихідний характеристики k = UГ/n, мВ / (об / хв);
симетрія вихідного напруги: UГ (n) = UГ (-n);
мінімальне значення нульової напруги UГ при n = 0 (у тахогенераторів змінного струму) і мінімальна зона нечутливості (у тахогенератора постійного струму);
максимальна вихідна потужність при мінімальній споживаної потужності;
мінімальна пульсація вихідної напруги (у тахогенераторах постійного струму);
мінімальна зміна фази вихідного напруження (у тахогенератора змінного струму);
малий момент інерції ротора та малий момент опору;
стабільність вихідної характеристики при зміні навколишніх умов;
малі габаритні розміри і маса;
високі показники надійності (ресурс, інтенсивність відмов та ін.)
До тахогенераторів, що призначени для різних цілей, пред'являються різні вимоги. Так, до тахогенераторів, що забезпечують зворотний зв'язок по швидкості і демпфірування слідкуючих систем, пред'являються підвищені вимоги по крутизні вихідних характеристики і потужності вихідного сигналу. Лінійність вихідної характеристики для них не відіграє істотної ролі.
До тахогенератора, призначеним для виконання операцій диференціювання та інтегрування, навпаки, висуваються підвищені вимоги щодо лінійності, точності, стабільності характеристик, в той час як значення потужності вихідного сигналу і крутизна вихідний характеристики тут не є визначальними факторами.
Розглянемо більш детально роботу тахогенератора як елементів, призначених для диференціювання та інтегрування.
Для диференціювання будь-якої функції необхідно обертати ротор тахогенератора - повертати його на кути , пропорційні даної функції. Вихідна напруга при цьому буде прямо пропорційна похідної заданої функції:
У тих випадках, коли похідна заданої функції має бути представлена у вигляді кутовий величини, необхідно використовувати спеціальну схему (рис. 4.20, а), що складається з асинхронного тахогенератора (AT), елемента порівняння (ЕС), підсилювача (У), виконавчого двигуна (ИД), редуктора (Р), лінійного поворотного трансформатора (ЛПТ). Частота обертання ЛПТ пропорційна похідної da/dt.
Для інтегрування заданої функції за часом (рис. 4.20, б) потрібно перетворювати її в електричну напругу U(t) і обертати ротор тахогенератора так, щоб його вихідна напруга UГ(t) у будь-який момент часу компенсувала напругу U(t). Тоді кут повороту ротора тахогенератора буде пропорційний інтегралу заданої функції за часом:
Згадаємо, що за принципом побудови розрізняють асинхронні та синхронні тахогенератори, а також тахогенератори постійного струму. Розглянемо коротко їх дію та елементи конструкції.