5.3.2. Тахогенератор переменного тока

Тахогенераторы переменного тока (асинхронные, синхронные) применяют с выходом на постоянном токе через полупроводниковый выпрямитель.

Рис. 5.19. Тахогенератор переменного тока

Синхронный тахогенератор представляет синхронную машину малой мощности. Возбуждение его осуществляется от постоянного магнита, расположенного на роторе. Выходные обмотки выполнены по однофазной или трехфазной схемам и расположены на статоре. Отсутствие щеточного контакта обеспечивает высокую надежность работы. Недостаток синхронных тахогенераторов – зависимость частоты выходного напряжения от скорости вращения.

У асинхронных тахогенераторов частота выходного напряжения не зависит от скорости вращения. Статор асинхронного тахогенератора имеет две обмотки, расположенных под углом (рис. 5.19). Короткозамкнутый ротор обычно выполняют в виде тонкостенного цилиндра, внутри которого размещается неподвижный шихтованный сердечник. По нему замыкается магнитный поток. Одна из обмоток статора является обмоткой возбуждения. На нее подается переменное напряжение. С другой обмотки снимается выходное напряжение. При неподвижном роторе выходное напряжение равно нулю, т.к. оси обмоток взаимно перпендикулярны.

При вращении ротора в поле обмотки возбуждения в нем возникают токи и соответствующий им магнитный поток пересекает проводники выходной обмотки, ЭДС наводимая в ней, пропорциональна скорости вращения, а частота равна частоте напряжения возбуждения. При изменении направления вращения изменяется фаза наводимой ЭДС на величину, равную .

Чтобы сгладить пульсации выпрямленной ЭДС с тахогенератора переменного тока, на выходе его устанавливают фильтр, представляющий собой обычное апериодическое звено. Существенные амплитудные и фазные искажения в выходное напряжение может вносить сопротивление нагрузки. Поэтому на практике обычно используют тахогенератор в режиме, близком к холостому ходу. Для его реализации тахогенератор соединяют с нагрузкой через эмиттерный повторитель, обладающий высоким входным сопротивлением (рис. 5.20). В пределах рабочего участка зависимость ЭДС тахогенератора от его скорости может быть принята линейной. Тогда

Рис. 5.20. Схема согласования асинхронного тахогенератора

с низкоомной нагрузкой

Недостатками асинхронных тахогенераторов являются небольшая выходная мощность и ограничение полосы пропускания частоты питающего напряжения. По сравнению с тахогенераторами постоянного тока асинхронный обладает меньшим передаточным коэффициентом.

5.3.3. Частотные тахогенераторы

Для высокоточных цифровых систем стабилизации скорости двигателей применяют частотные тахогенераторы – импульсные датчики скорости. Они подразделяются на индукционные, фотоэлектрические. Одна из конструкций частотного индукционного датчика показана на (рис. 5.21). Ротор 2 датчика представляет собой стальной диск с зубцами. Сердечник 1 из трансформаторной стали с одной обмоткой установлен так, чтобы между ним и ротором был требуемый зазор. Обмотка питается постоянным током, создающим магнитный поток. Он замыкается через сердечник, воздушный зазор, зубцы и тело ротора. При вращении ротора со скоростью  величина зазора периодически изменяется. Вследствие этого в обмотке наводится ЭДС датчика скорости с частотой

,

где p - число зубцов ротора.

На рис. 5.22 приведена схема рассматриваемого датчика. Фильтр из конденсатора и дросселя разделяют постоянную и переменную составляющие напряжения на обмотке датчика. Для усиления переменного тока используют усилитель, который одновременно служит формирователем прямоугольных импульсов. Импульсы датчика преобразуются далее в сигнал в цифровом коде при помощи, например, цифрового преобразователя частоты в ток, который поступает в систему управления. Посредством интегрирующего усилителя импульсы тока могут быть преобразованы в аналоговый сигнал, пропорциональный скорости.

Недостатком этого датчика является невозможность определения направления вращения.

Рис. 5.21. Индукционный датчик скорости

Рис. 5.22. Схема индукционного датчика скорости

Рис. 5.23. Фотоимпульсный датчик Рис. 5.24. Сдвиг сигналов от фотоим-

пульсных датчиков

Наибольшее распространение в настоящее время получили фотоимпульсные круговые датчики. Принцип действия таких датчиков показан на рис. 5.23. Основным узлом датчика являются вращающийся на его валу стеклянный диск с нанесенными на нем темными штрихами, так называемый растровый диск (РД). Наиболее распространены диски с количеством штрихов 1000 и 2500. Источником сигналов с такого датчика являются два фотодиода VD1 и VD2, засвечиваемых через РД от светодиода СD. VD1 и VD2 сдвинуты относительно друг друга на одну четверть периода импульсов. В соответствии с этим поступающие от фотодиода сигналы при вращении датчика сдвинуты относительно друг друга на угол (рис. 5.24). Один из этих сигналов называется основным ОСН, а другой – смещенным СМ. Можно выделить четыре последовательных комбинации сигналов от датчиков: 10, 11, 01, 00. При вращении диска в обратном направлении – последовательность обратная. Таким образом, от датчика, имеющего N = 2500 штрихов, имеем 1000 переходов от одной комбинации к другой. Частота смены комбинации прямо пропорциональна скорости вращения датчика .