Меню

Принцип работы тахогенератора постоянного тока

Тахогенераторы постоянного тока – область применения, принципы работы

Рабочий тахогенератор

Несомненно, развитие человечества в последние столетия неразрывно связано с освоением источников энергии и их эффективным применением. Более того, можно сказать, что уровень развития той или иной страны напрямую зависит от объема производимой энергии.

Первым источником энергии, совершившим промышленную революцию, стал пар, но вскоре его гегемония сменилась на власть электрических машин. Сегодня мы с вами поговорим про тахогенераторы постоянного тока — устройства, внесшие огромную лепту в прогресс человечества.

  • Немного исторической информации
  • Микромашины в электротехнике
    • Принцип работы тахогенераторов и их строение
    • Тахогенераторы Long Life
  • Схемы постоянной автоматики
  • Асинхронный тахогенератор
    • Погрешности асинхронных тахогенераторов
  • В завершение

Немного исторической информации

19 век стал для человечества поворотной точкой в истории. Он знаменателен величайшими научными открытиями, в том числе и в электротехнике.

Майкл Фарадей – открыватель закона об электромагнитной индукции

  • В то далекое время известный английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей открывает закон электромагнитной индукции. Это событие и можно считать отправной точной в электрификации планеты. Дальнейшее развитие и практическое применение этих знаний было лишь вопросом времени.

Борис Семенович Якоби – вклад русских ученых в развитие электричества, пожалуй, самый весомый

  • В 1834 году русский физик Б.С. Якоби представил миру конструкцию первой электрической машины, ставшую, как потом оказалось, прототипом всех современных электродвигателей.

Павел Николаевич Яблочков

  • Следующим существенным шагом стало появление трансформаторов и их практическое использование. В 1876 году это открытие сделал русский ученый П.Н. Яблочков. Он же изобрел электрические свечи и доказал практическую пользу и безопасность применения переменного тока.

Интересно знать! До изысканий Яблочкова всем научным мировым сообществом считалось, что использовать переменный ток невозможно и опасно.

Михаил Осипович Доливо-Добровольский

  • В 1889 году русский инженер М.О. Доливо-Добровольский изобретает трехфазный асинхронный двигатель, благодаря чему электрические машины в промышленности стали применяться наиболее широко. Конструкция данного аппарата была крайне простой и одновременно надежной.
  • В итоге к началу 20-го века уже были созданы все основные виды электрических машин, которые активно применяются и по сей день. Их используют в разных отраслях промышленности и приборах.

Микромашины в электротехнике

Помимо мощных агрегатов также потребовались и машины малой мощности, называемые еще микромашинами. Они активно применяются в устройствах вычислительной техники и автоматики в качестве функциональных элементов.

Тахогенераторы постоянного тока – область применения, принципы работы Тахогенераторы постоянного тока – область применения, принципы работы Тахогенераторы постоянного тока – область применения, принципы работы

  • Эти типы устройств принято делить на три группы: электромашинные усилители, исполнительные двигатели и информационные машины.
  • Первые служат для усиления мощности электрических сигналов.
  • Исполнительные двигатели занимаются преобразованием электрического тока в механическую силу. Эти аппараты могут быть асинхронными, шаговыми и постоянного тока.

На фото - тахогенератор

  • Информационные машины состоят из тахогенераторов, сельсин, магнесин и вращающихся трансформаторов. Назначение этих устройств – преобразование величин неэлектрической природы в электрические сигналы. В частности, тахогенератор постоянного тока измеряет скорость вращения некоего объекта и применяется он в различных устройствах электропривода, станках, транспорте и прочем.

Принцип работы тахогенераторов и их строение

Схематическое строение тахогенератора постоянного тока

Тахогенератор – устройство оборудованное валом, которое, при его вращении, выдает на выходе электрическое напряжение, величина которого прямо пропорциональна скорости, с которой вал вращается. Эта особенность означает, что двигатель постоянного тока с тахогенератором, по сути, оснащен датчиком, с постоянными магнитами или независимым внешним возбуждением.

Бензиновый генератор постоянного тока работает по такому же принципу, что и тахогенератор

  • Конструкция тахогенератора практически неотличима от конструкции других машин постоянного тока. Используют их для измерения частоты вращения по значению выходного напряжения и для получения электрического сигнала с частотой вращения вала в схемах авто регулирования.

На схеме – классический скользящий контакт

  • Съемка напряжения происходит через скользящий контакт, который традиционно состоит из медного коллектора и графитовых щеток.
  • У такой конструкции есть особенность, что, из-за того, что на меди образуется оксидная пленка, может с некоторой периодичностью меняться сопротивление контакта. По этой причине происходят колебания напряжения выдаваемого тахогенератором, которые воспринимаются в виде шума.

Интересно знать! На низких оборотах шумы тахогенератора сравниваются с полезным сигналом.

  • Несмотря на этот недостаток, данная конструкция остается самой популярной, так как графит обладает отличными скользящими свойствами, а значит, устройство служит значительно дольше, чем аналоги.
  • Если требуется тахогенератор, лишенный указанного недостатка, то на коллектор наносят контактную дорожку из серебра. Этот металл не окисляется, а значит, показания сопротивления всегда остаются на одном уровне.

Тахогенераторы Long Life

Тахогенератор Лонг Лайф

Особняком стоят тахогенераторы, собранные по «Long life». Эти устройства предназначены для работы в тех сферах, где требуется длительная бесперебойная работа. Они невероятно износоустойчивы, поэтому служат очень долго.

  • Технические характеристики тахогенераторов переменного тока данного типа впечатляют. Диапазон рабочих температур от -50 до +100 градусов по Цельсию. Возможность измерения скорости вращения с точностью 1:100000 в режиме реального времени.
  • Цилиндр у этих устройств может быть полым или цельным.
  • Крепление вала фланцевое или лаповое.

Схемы постоянной автоматики

Итак, мы уже говорили, что тахогенераторы используются в автоматических схемах, теперь давайте подробнее разберем, как они там задействованы.

Схема включения тахогенератора постоянного тока

  • Выше показана принципиальная схема подключения тахогенератора.
  • Обмотка ОВ подключается к источнику постоянного тока. При этом тахогенератор, приходя в состояние возбуждения, и если его якорь приводится в движение с некой частотой, на выходе он начнет выдавать постоянное напряжение.
  • При этом чем больше сопротивление прибора Rh, тем круче характеристика Сu на выходе. Значение наибольшей крутизны будет соответствовать холостому режиму работы тахогенератора – случается это когда обмотка у якоря размыкается.
  • Соответственно, при росте нагрузки наблюдается обратное явление.
  • Тахогенератор выдает на выходе характеристику тока в виде постоянной линии, но соответствует это действительности только на низких оборотах вращения. Если их увеличить, характеристика станет криволинейной. Если при этом уменьшается сопротивление нагрузки RH эффект кривизны также будет расти.
  • Объясняется это тем, что якорь оказывает размагничивающее действие.

Совет! Чтобы генератор не выдавал криволинейную выходную характеристику, не нужно запускать его на максимально возможных оборотах, а в качестве нагрузки использовать только приборы, внутреннее сопротивление которых небольшое.

Строение синхронного тахогенератора

  • Также стоит учитывать момент, что в реальных условиях наблюдается падение напряжения в щетках, из-за чего выходная характеристика идет не из начала координат, а с некоторым смещением. Данное явление – причина появления у тахогенераторов зоны нечувствительности, в которой не создается напряжение.
  • Чтобы уменьшить зону нечувствительности применяют щетки с малым сопротивлением, обычно медно-графитовые или серебряно-графитовые. В моделях высокой точности используют щетки с серебряными или золотыми напайками. Однако все равно эти приборы имеют некоторую погрешность, в пределах 0,2-0,5%.

Асинхронный тахогенератор

Схематическое строение асинхронного тахогенератора

Конструкция асинхронного тахогенератора точно такая же, как у асинхронного электродвигателя с немагнитным ротором (полым).

  • Обмотка возбуждения статора подключается к источнику переменного тока, а выходное напряжение снимается с генераторной обмотки (ГО).
  • Его принцип действия состоит в следующем – обмотка возбуждения запитывается переменным током некоторой частоты, в результате чего возникает пульсирующий магнитный поток, постоянно меняющий направление.

Что такое асинхронный тахогенератор

  • Из-за воздействия данного магнитного поля во вращающемся роторе индуцируется два типа ЭДС – вращения и трансформаторная.
  • На контурах, что перпендикулярны оси обмотки возбуждения, также начинают протекать токи, вызываемые ЭДС вращения. Эти токи также, пульсируя, индуцируют новую ЭДС – выходную.
  • Если не углубляться в физические расчеты, то можно сказать, что асинхронный тахогенератор является несимметричным двухфазным агрегатом, который может быть исследован симметричными составляющими.
Читайте также:  Таблица кабельных линий по току

Погрешности асинхронных тахогенераторов

Выходное напряжение, выдаваемое данным типом тахогенераторов – комплексная величина, что говорит о фазовой и амплитудной погрешностях.

Расчет погрешностей асинхронного тахогенератора

  • Фазовая погрешность – это отклонение в градусах фазы напряжения на выходе от базовой фазы напряжения, то есть напряжения возбуждения. Возникает данный эффект в основном за счет индуктивного сопротивления статора и в большей части ротора. Данный тип погрешности может быть уменьшен, за счет правильной подборки характеристики применяемой нагрузки.
  • Амплитудная погрешность – это отклонение показаний напряжения от частоты вращения от идеального значения, в котором они должны быть равны. Выражается этот показатель в процентах.

Чертеж тахогенератора

Также как и в случае фазовой погрешности, уменьшение данного эффекта возможно за счет правильной настройки и калибровки асинхронного тахогенератора.

  • Физические причины амплитудной погрешности следующие. Во-первых, происходит падение напряжения в обмотке генератора. Во-вторых, меняется ток возбуждения, а следом за ним и магнитный поток, так как трансформаторная ЭДС ротора вызывает размагничивание. Третья причина – это то, что магнитный поток генераторной обмотки противостоит магнитному потоку вращения, из-за чего тот несколько уменьшается.
  • Также стоит помнить, что ротор имеет некоторое индуктивное сопротивление, что также влияет на магнитный поток вращения, уменьшая его.
  • И последнее – магнитный поток вращения индуцирует ЭДС вращения, а значит, появляются новый ток и магнитное поле, которое также противостоит потоку возбуждения. Данная электродвижущая сила является пропорциональной угловой скорости вращения, а значит, при увеличении частоты вращения ротора она тоже будет расти и противодействие усилится. Выражается это в падении напряжения в обмотке возбуждения и уменьшении магнитного потока вращения.
  • Интересно, что одновременно понизить и фазовую и амплитудную погрешность невозможно. Поэтому схему подключения отлаживают так, чтобы снизить наиболее влияющие погрешности в конкретном случае.

Интересно знать! На практике доказано, что при низких оборотах вращения тахогенератора асинхронного типа оба типа погрешностей достаточно малы, из-за чего диапазоны вращения устройств ограничивают конкретными значениями.

Данные типы погрешностей хоть и являются основными, но они далеко не единственные:

  • Нулевой сигнал – это напряжение, имеющееся на обмотке генератора в момент, когда ротор неподвижен. Данный параметр не остается постоянным, так как меняется при повороте ротора. Состоит он из двух составляющих: постоянно и переменной.
  • Постоянная переменная возникает из-за неточного сдвига обмоток; присутствием короткозамкнутых контуров в обмотках и сердечнике; неодинаковой магнитной проходимости; неравномерного воздушного зазора; потоков рассеяния и прочего.
  • Переменная составляющая обусловлена неравномерной толщиной стенок ротора, если он полый, из-за чего возникает разность активного сопротивления у контуров, а значит, и разность тока и магнитного потока.
  • Чтобы ослабить постоянную составляющую нулевого сигнала, обмотки устанавливают на разных статорах: одна ставится на внутреннем, другая на наружном. При этом во время сборки асинхронного тахогенератора внутренний статор проворачивается, пока нулевой сигнал не достигнет минимального значения.
  • Побороть переменную составляющую можно только калибровкой ротора, его симметричностью.

Выходные характеристики тахогенератора

  • Следующая погрешность называется асимметрией выходного напряжения. Выражается она неравенством выдаваемых тахогенератором напряжений при вращении в разные стороны. Эффект особенно заметен при малых оборотах.
  • Причина явления связана с остаточной ЭДС от нулевого сигнала, ведь его фаза остается постоянной, тогда как фаза вращения смещается на 180 градусов. Борются с проблемой за счет уменьшения нулевого сигнала.
  • Последний вид погрешности является температурным. Влияние температуры окружающей среды, а также нагревания во время работы ротора, сказывается так, что изменяется активное сопротивление у обмоток на статоре и роторе. Все это сказывается, в свою очередь, на идеальном выходном напряжении, и увеличивает амплитудную и фазовую погрешности.
  • Чтобы стабилизировать изменение сопротивления обмотки возбуждения, последовательно подключают терморезисторы. Ротор же изготавливается из материалов с максимально низким температурным коэффициентом.

В завершение

Итак, мы разобрали принципы и назначение тахогенератора. Устройства эти применяются для сугубо специфических целей, но, как стало ясно, их строение практически не отличается от классического генератора постоянного тока. Есть некоторые нюансы относительно точности прибора, но в остальном все сходится.

Просмотрите видео в этой статье, чтобы увидеть практическое применение этих агрегатов.

Источник



Тахогенератор постоянного тока

date image2015-04-30
views image2987

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Тахогенераторами называются небольшие электрические машины, предназначенные для преобразования механического перемещения—вращения вала — в электрический сигнал — выходное напряжение.

Основное требование, предъявляемое к тахогенераторам,— линейность выходной характеристики, т. е. строгая пропорциональность между выходным напряжением Uтг и частотой вращения n:

где k – постоянная величина;

α – угол поворота.

Тахогенераторы используются в технике для различных целей: измерения частоты вращения; осуществления обратных связей по скорости в системах автоматического регулирования; выполнения электрического дифференцирования и интегрирования в схемах счетно-решающих устройств.

Тахогенераторами могут быть машины как переменного (синхронные и асинхронные), так и постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока — это небольшие генераторы постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 1.14, а) или с возбуждением от постоянных магнитов.

Рис. 1.14. Тахогенератор достоянного тока

Конструктивно они не отличаются от обычных машин постоянного тока малой мощности. Выходное напряжение тахогенератора Uтг может быть выражено через ЭДС якоря Еа, падение напряжения в обмотке якоря Iаrа и падение напряжения на щеточном контакте ΔUщ:

Выразим ЭДС якоря через магнитный поток возбуждения и частоту вращения n:

а ток якоря Ia через напряжение на выходе тахогенератора и сопротивление нагрузки Rн:

Подставив Еа и Ia в выражение (1.40), получим

откуда найдем окончательное выражение выходного напряжения

Если пренебречь падением напряжения на щеточном контакте (принять ΔUщ.=0), то выражение выходного напряжения примет вид

При постоянных Ф, rа и Rн выходное напряжение строго пропорционально частоте вращения:

Зависимость напряжения на выходе тахогенератора Uтг от частоты вращения п называется выходной характеристикой (рис. 1.14, б).

Величина k, равная отношению выходного напряжения Uтг к частоте вращения п:

называется крутизной выходной характеристики и является одной из основных величин, определяющих свойства тахогенераторов. У современных тахогенераторов крутизна составляет 3÷100 .

Чем больше се, Ф и Rн и меньше rа, тем больше крутизна выходной характеристики. Наибольшая крутизна имеет место при холостом ходе, когда Rн = ∞ (прямая 1 рис. 1.14, б):

Чем меньше сопротивление нагрузки Rн, тем меньше крутизна характеристики (прямая 2, рис. 1.14, б).

В реальном тахогенераторе ΔUщ≠0, поэтому выходная характеристика Uтг = f(n) пересекает ось ординат (при п=0), как это следует из равенства (1.41), не в начале координат, а в точке

(прямая 3, рис. 1.14, б).

За счет падения напряжения в щеточном контакте у тахогенератора появляется зона нечувствительности ε — зона частот вращения от п=0 до пmin, при которых выходное напряжение тахогенератора равно нулю. Границу зоны нечувствительности пmin можно найти из выражения (1.41), подставив в него Uтг=0:

Если магнитная система тахогенератора насыщена и сопротивление нагрузки Rн невелико, то магнитный поток Ф тахогенератора при его работе не остается постоянным — он уменьшается на величину ΔФ с увеличением частоты вращения за счет размагничивающего действия реакции якоря. При этом крутизна кривой выходной характеристики также уменьшается:

Читайте также:  Двигатель постоянного тока обратная связь по току

и выходная характеристика тахогенератора Uтг = f(n) отклоняется от прямолинейной (кривая 4, рис. 1.14, б). У тахогенератора появляется погрешность, величина которой обычно составляет 0,5÷3%. Для устранения погрешности, вносимой реакцией якоря, тахогенераторы выполняют с ненасыщенной магнитной системой.

За счет электрических потерь, а также внешних воздействий температура обмоток тахогенератора не остается постоянной. Нагрев обмоток приводит к увеличению их сопротивления. Сопротивление обмотки якоря тахогенератора rа обычно невелико, и его изменение мало влияет на выходную характеристику. Изменение сопротивления обмотки возбуждения rв приводит к изменению тока возбуждения Iв, а следовательно, и магнитного потока Ф. Последнее ведет к изменению крутизны выходной характеристики и появлению температурной погрешности тахогенератора.

Чтобы устранить температурную погрешность, необходимо поддерживать постоянным либо ток возбуждения, либо магнитный поток. Первое может быть достигнуто включением в. цепь обмотки возбуждения специального, независящего от температуры добавочного сопротивления rдоб»rв. В этом случае величина тока возбуждения практически определяется сопротивлением rдоб, которое стабильно и почти не зависит от температуры:

Стабильность магнитного потока возбуждения при возможных колебаниях тока возбуждения достигается сильным насыщением магнитной системы тахогенератора. В этом случае даже значительное изменение тока возбуждения мало влияет на величину магнитного потока ( ) (рис. 1.15).

Рис.1.15 Влияние степени магнитного насыщения на температурную погрешность тахогенератора

Однако насыщение тахогенератора увеличивает размагничивающее действие реакции якоря, поэтому оно недопустимо при сравнительно больших токах якоря.

Тахогенераторы, возбуждаемые постоянными магнитами, не имеют обмотки возбуждения, поэтому их температурная погрешность, возникающая только за счет изменения сопротивления обмотки якоря, очень незначительна.

Наличие в выходной цепи тахогенераторов постоянного тока щеточных контактов обусловливает появление целого ряда недостатков:

— нестабильности выходной характеристики вследствие изменения переходного сопротивления скользящих контактов;

— зоны нечувствительности при малых частотах вращения;

— несимметрии выходной характеристики — неравенства напряжения при вращении якоря в различных направлениях;

— пульсации выходного напряжения; излучения радиопомех; снижения надежности и пр.

Несимметрия выходного напряжения возникает за счет неточной установки щеток на геометрической нейтрали или смещения их в процессе эксплуатации. Ошибка асимметрии обычно выражается в процентах:

где Uпр и Uлев — напряжения соответственно при правом и левом вращении якоря с одной и той же частотой.

В современных тахогенераторах ошибка несимметрии составляет 1÷3%.

Чтобы устранить недостатки, вносимые щеточными контактами, их переходное сопротивление стараются свести к минимуму. Для этого применяют медно-графитные и серебряно-графитные щетки, а для прецизионных тахогнераторов счетно-решающих устройств даже щетки с серебряными и золотыми напайками.

Для снижения радиопомех тахогенераторы снабжают либо специальными экранами, либо электрическими фильтрами.

Серьезный недостаток тахогенераторов постоянного тока — наличие пульсаций выходного напряжения. Причины возникновения пульсаций весьма разнообразны, однако их можно разделить на три группы: якорные, зубцовые и коллекторные.

Якорные пульсации возникают из-за пульсации магнитного потока вследствие неравномерности воздушного зазора и неравенства магнитной проводимости якоря в различных радиальных направлениях. Чтобы устранить их, увеличивают воздушный зазор; обрабатывают по высокому классу точности цилиндрические поверхности якоря, вала, подшипниковых щитов; применяют веерную сборку пакета якоря — каждый последующий лист стали смещают на одно зубцовое деление по отношению к предыдущему, выравнивая таким образом магнитную проводимость якоря в различных радиальных направлениях.

Зубцовые пульсации возникают вследствие пульсаций магнитной проводимости воздушного зазора из-за зубчатого строения якоря. Для их устранения пазы якоря скашивают на одна зубцовое деление; правильно выбирают ширину полюсных наконечников, число пазов якоря; применяют магнитные клинья и т. п.

Коллекторные пульсации возникают из-за вибрации щеток; вследствие неровностей коллектора, его эллиптичности; периодического изменения числа секций обмотки якоря в параллельных ветвях; добавочных коммутационных токов, нагружающих контакт, и т. п. Чтобы устранить эти недостатки, тщательно подбирают число коллекторных пластин, повышают качество щеток и щеткодержателей, улучшают качество обработки коллектора и т.п.

Однако несмотря на все перечисленные меры, пульсации выходного напряжения в тахогенераторах постоянного тока обычной конструкции полностью устранить не удается. Желание свести их до минимума привело к созданию тахогенераторов постоянного тока с полым якорем, выполненных аналогично малоинерционным исполнительным двигателям постоянного тока. У этих тахогенераторов совершенно отсутствуют якорные и зубцовые пульсации, так как якорь не имеет зубцов; реакция якоря незначительна, а коммутация очень хорошая.

Источник

Что такое тахогенератор и зачем он нужен?

Тахогенератор ТП-75-20-0,2 фото

Тахогенераторы (или генераторы тахометров) — это электромеханические устройства, которые выдают напряжение, пропорциональное скорости вращения вала. Они используются для питания тахометров и измерения скорости двигателей и других вращающихся устройств.

Принцип работы тахогенератора

Большинство современных тахогенераторов относятся к типам с постоянными магнитами. В этих устройствах используется вращающийся якорь, один конец которого прикреплен к валу машины для измерения скорости вращения. Якорь вращается в фиксированном магнитном поле, так что его вращение вызывает электродвижущую силу (напряжение), пропорциональную скорости вала. Контакты якоря подключены к цепи вольтметра, преобразующей напряжение в значение скорости.

Тахогенераторы со скользящей крышкой — менее распространенный тип, в котором используется алюминиевая чашка, вращающаяся внутри электромагнитного статора с обмоткой, чашка прикреплена к валу. Переменный ток подается на одну обмотку статора, создавая вихревые токи вокруг чашки. Вращение чашки индуцирует пропорциональное напряжение в другой обмотке статора.

Область применения тахогенератора

Тахогенераторы должны быть прочными, надежными, точными, чувствительными и стабильными. Эти приборы (тахогенераторы постоянного тока, тахогенераторы переменного тока, бесщеточные тахогенераторы постоянного тока) адаптированы для любой отрасли:

  • станки;
  • системы дозирования;
  • подъемно-транспортные системы;
  • подъемники;
  • оборудование для производства бумаги;
  • текстильные машины;
  • линии по производству стекла;
  • прокатные станы;
  • железнодорожная промышленность и т.п.

Эти датчики производятся с различными механическими вариациями и размерами корпуса, а также с различными электрическими характеристиками, например, для напряжений от 2 до 6000 вольт при 1000 об / мин, скорости вращения до 12000 об / мин, машин с валом и подшипниками, машин с полым валом.

Фото — внешний вид тахогенератора

Тахогенератор с твердым валом

Такие тахогенераторы соединены с валом, который, в свою очередь, соединен с внешним устройством вращения. Это вращение внешнего устройства, которое вращает вал тахогенератора и таким образом генерирует определенный диапазон напряжений в соответствии со скоростью и направлением вала.

Тахогенераторы могут указывать направление вращения из-за того, что если вал тахогенератора перевернуть, полярность выходного напряжения изменится. Он лучше всего подходит для работы с высокими нагрузками.

Полый вал

Тахогенераторы с полым валом внутренне отличаются от вариантов со сплошным тем, что они имеют четыре магнитных полюса, а не два. Такая конструкция позволяет тахогенератору работать с нагрузками с более низким напряжением. Примером использования тахогенератора постоянного тока с полым валом является определение скорости лифта.

Тахогенератор постоянного тока устанавливается в подъемное оборудование на канатном шкиве, приводящем в движение кабели. Он позволяет точно контролировать скорость троса, чтобы лифт останавливался на нужном этаже и делал это плавно.

Читайте также:  Расчет выходного тока усилителя

Неисправности тахогенераторов

Каждый тахогенератор перед вводом в постоянную эксплуатацию должен быть подвержен нескольким этапам тестирования. Если не придерживаться рекомендаций производителя, то тахогенератор может не только прослужить мало времени, но и получить серьезную поломку уже в начале своей работы.

Из-за неисправностей может неверно определяться скорость вращения вала, что приведет к механической поломке. Большие нагрузки могут повредить не только тахогенератор, но и устройство, к которому он подключен.

Зачастую в тахогенераторах приходят в неисправность:

  1. шкив — в результате износа или механических повреждений;
  2. токосъемные щетки — в большинстве случаев из-за износа;
  3. износ токосъемных колец;
  4. проблемы с регулятором напряжения;
  5. короткое замыкание витков статорной обмотки;
  6. подшипник может разрушиться;
  7. повреждения диодного моста;
  8. провода зарядной цепи приходят в негодность.

Источник

Тахогенераторы — виды, устройство и принцип работы

Слово «тахогенератор» происходит от двух слов — от греческого «тахос», означающего «быстрый» и от латинского «генератор». Тахогенератор представляет собой измерительную электрическую микромашину переменного или постоянного тока, которая монтируется на вал оборудования, и преобразует текущее значение частоты вращения вала в электрический сигнал, определенный параметр которого несет информацию о частоте вращения.

Таким параметром может выступать величина генерируемой ЭДС или значение частоты сигнала. Выходной сигнал с тахогенератора может подаваться на средство визуального отображения (например на дисплей) или на устройство автоматического управления частотой вращения вала, на котором работает данный тахогенератор.

Тахогенераторы бывают нескольких типов, в зависимости от вида сигнала, генерируемого на выходе: с сигналом переменного напряжения или тока (асинхронные или синхронные тахогенераторы), либо с сигналом постоянного тока.

Тахогенератор постоянного тока

Тахогенератор постоянного тока

Тахогенератор постоянного тока представляет собой коллекторную машину с возбуждением либо от постоянных магнитов (встречаются чаще), либо от обмотки возбуждения (встречаются реже), располагаемых на ее статоре. Измерительная ЭДС наводится на обмотку ротора тахогенератора, и оказывается прямо пропорциональна угловой скорости вращения ротора, по сути — скорости изменения магнитного потока, в точном соответствии с законом электромагнитной индукции.

Устройство тахогенератора

Выходной сигнал — напряжение, величина которого также прямо пропорциональна угловой скорости вращения ротора — снимается через щетки с коллектора. Поскольку в работе участвуют коллектор и щетки, такой агрегат подвержен более скорому износу, чем тахогенератор переменного тока. Проблема еще и в том, что щеточно-коллекторный узел в процессе своей работы порождает импульсные помехи в выходном сигнале такого тахогенератора.

Зависимость напряжения от частоты вращения

Так или иначе, выходным сигналом у тахогенератора постоянного тока является напряжение, что создает трудности с точным преобразованием напряжение-скорость, ведь магнитный поток подмагничивания зависит от температуры магнитов, от электрического сопротивления в месте контакта щеток с коллектором (которое со временем изменяется), наконец — от размагничивания постоянных магнитов с течением времени.

Тем не менее, в некоторых случаях тахогенераторы постоянного тока оказываются удобны формой представления выходного сигнала, а также закономерным явлением смены полярности данного сигнала в соответствии с изменением направления вращения вала.

Тахогенераторы постоянного тока характеризуются «коэффициентом преобразования» St, который выражает отношение снимаемого напряжения Uout к соответствующей данному напряжению частоте вращения Frot. Этот параметр дается в технической документации на тахогенератор, и измеряется в милливольтах, умноженных на обороты в минуту. Зная данный параметр и выходное напряжение с тахогенератора, можно вычислить текущую частоту по формуле:

Электродвигатель со встроенным тахогенератором:

Электродвигатель с тахогенератором

Асинхронный тахогенератор переменного тока

Асинхронные тахогенераторы переменного тока похожи по устройству на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Ротор здесь изготавливается в виде полого цилиндра (обычно медного или алюминиевого), а статор содержит две обмотки, расположенные под прямым углом друг к другу. Одна из обмоток статора — обмотка возбуждения, вторая — выходная. На обмотку возбуждения подается переменный ток с определенной амплитудой и частотой, а выходная обмотка присоединяется к измерительному прибору.

Устройство асинхронного тахогенератора

Когда короткозамкнутый ротор вращается, он периодически нарушает изначальную ортогональность магнитных потоков двух обмоток, в результате искажения картины магнитных полей, в выходной обмотке периодически наводится ЭДС. Если же ротор неподвижен, то магнитный поток обмотки возбуждения не искажается, и в выходной обмотке ЭДС не наводится. Здесь величина генерируемой ЭДС пропорциональна частоте вращения вала.

Поскольку подаваемый на обмотку возбуждения ток имеет собственную частоту, отличную от частоты вращения вала, такой тахогенератор именуется асинхронным. Кроме прочего, данная конструкция позволяет по фазе выходного сигнала судить о направлении вращения ротора, — при смене направления вращения фаза переворачивается.

Синхронный тахогенератор переменного тока

Синхронные тахогенераторы представляют собой бесколлекторные машины переменного тока. Намагниченность ротора создается постоянным магнитом, на статоре же присутствуют одна или более обмоток. В данном случае и амплитуда выходного сигнала, и его частота, — будут пропорциональны частоте вращения вала. Поэтому данные о скорости можно измерять как по значению амплитуды (детектирование по амплитуде), так и непосредственно по частоте (детектирование по частоте). Однако направление вращения по выходному сигналу синхронного тахогенератора не определить.

Синхронный тахогенератор переменного тока

Ротор синхронного тахогенератора переменного тока может быть выполнен в виде многополюсного магнита, и на один оборот вала давать в выходном сигнале несколько импульсов подряд. Такие тахогенераторы, наравне с асинхронными, отличаются более длительным сроком службы, поскольку в них нет щеточно-коллекторного узла, склонного к механическому износу.

Детектирование по частоте

Поскольку у синхронного тахогенератора частота на выходе от температуры и других факторов не зависит, то измерения частоты с ним получаются более точными. Вычисление осуществляется очень просто, достаточно знать количество пар полюсов p на роторе:

Но есть и нюанс. Чтобы точность вычислений получилось достаточно высокой, необходимо затратить время, за которое теоретически скорость может уже измениться, а это значит, что пока импульсы считаются, нарастает погрешность измерения, что вредно.

Дабы погрешность при измерении снизить, ротор делают многополюсным, чтобы вычисления можно было осуществить быстрее, тогда и реакция регулирующей системы может последовать более скоро. Для одного полюса частота вычисляется по следующей формуле:

где N — количество считанных импульсов, Т — период считывания импульсов

У синхронного тахогенератора амплитуда сигнала изменяется в зависимости от скорости, поэтому при проектировании выходного частотного детектора важно учесть весь возможный диапазон амплитуд выходных напряжений тахогенератора.

Детектирование по амплитуде

При амплитудном способе определения частоты схема частотного детектора будет проще, но здесь важно учесть влияние таких факторов, как: температура, изменение немагнитного зазора и т. д. Чем выше частота — тем больше амплитуда выходного сигнала, поэтому схема детектора обычно представляет собой выпрямитель и НЧ-фильтр, где коэффициент преобразования, измеряемый в мВ*об/мин, позволяет определить частоту по следующей формуле:

Кроме рассмотренных в данной статье традиционных типов тахогенераторов, в современной технике также применяются импульсные датчики на базе оптронов, датчиков Холла и т. д. Достоинство тахогенераторов заключается в том, что в паре с детектором они не требуют никаких дополнительных источников питания. К недостаткам традиционных тахогенераторов машинного типа относятся: плохая чувствительность на низких скоростях и вносимый тормозящий момент.

Источник