Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 7 из 32)

Отношение приращения напряжения на выходе тахогенератора к приращению частоты его вращения называют удельной ЭДС тахогенератора. Она определяет крутизну его выходной характеристики.

Одним из основных требований, предъявляемых к тахогенераторам, является точность преобразования механического вращения в электрический сигнал. Причинами погрешностей тахогенератора постоянного тока могут являться:

1) в тахогенераторах с постоянными магнитами—изменение магнитного потока вследствие старения магнита или температурных воздействий. Для обычно применяемых сплавов увеличение, температуры на +10^o С приводит к уменьшению магнитного потока на 0,2—0,3%.

Разработанные в последнее время постоянные магниты, выполненные из материала марки ЮНДК 25 БА, практически не зависят от температуры окружающей среды;

2) в тахогенераторах с электромагнитами — изменение сопротивления обмотки возбуждения в зависимости от окружающей температуры, а следовательно, и изменение магнитного потока. Для уменьшения влияния температуры в цепь обмотки возбуждения включаются дополнительные сопротивления, не зависящие от температуры;

3) в тахогенераторах обоих типов — зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки как вследствие падения напряжения в обмотке его якоря и щеточных контактов, так и вслед, стене реакции якоря.

К недостаткам тахогенераторов постоянного тока относится в первую очередь наличие коллектора и щеток, имеющих нестабильное переходное контактное сопротивление. Это явление вызывает некоторую нестабильность выходного напряжения тахогенераторов, а также наличие зоны нечувствительности при частотах вращения якоря, близких к нулю. Отечественная промышленность в настоящее время выпускает тахогенераторы как с независимым возбуждением, так и возбуждением от постоянных магнитов.

2.3.2 ТАХОГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Тахогенераторы переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. Основным преимуществом тахогенераторов переменного тока является отсутствие коллектора и щеток. Кроме того, выходная ЭДС у них имеет синусоидальную форму, что важно для некоторых схем.

Рис. 2.35- Конструктивная схема синхронного Рис. 2.36 - Конструктивная схема асинхронного тахогенератора (а) и зависимость его выходного тахогенератора (а) и зависимость его выходного напряжения от частоты вращения ротора (б). напряжения от частоты вращения ротора (б).

Конструктивная схема синхронного тахогенератора и зависимость его выходного напряжения от частоты вращения ротора приведены на рис. 2.35, а и 6. Тахогенератор состоит из неподвижного статора 2, в пазах которого размещена обмотка 3, и якоря 1, представляющего собой магнит постоянного тока с несколькими полюсами. При вращении якоря (магнита) в обмотке статора наводится переменная ЭДС. Эта ЭДС имеет синусоидальную форму, однако ее амплитуда и частота пропорциональны частоте вращения якоря. Из рис. 2.35, б видно, что при различных частотах вращения (0, n₁ и 2n₁) меняется не только амплитуда, но и частота выходного напряжения.

Синхронный тахогенератор на практике не получил большого распространения из-за наличия двух основных недостатков:

1) частота выходного напряжения его непостоянна, а изменяется в зависимости от частоты вращения;

2) фаза выходного напряжения не зависит от направления вращения, т.е. тахогенератор нечувствителен к изменению направления, вращения.

Синхронные тахогенераторы можно использовать лишь в качестве индикаторных тахометров для непосредственного измерения частоты вращения различных механизмов. В схемах автоматики выходное напряжение тахогенератора обычно выпрямляется полупроводниковым выпрямителем.

Асинхронный тахогенератор широко распространен, потому что он не имеет недостатков, присущих синхронному тахогенератору. Конструкция асинхронного тахогенератора подобна конструкции двухфазного асинхронного двигателя с тонкостенным ротором.

Конструктивная схема асинхронного тахогенератора и зависимость его выходного напряжения от частоты вращения ротора приведены на рис. 2.36, а и б. На статоре 1 расположены две обмотки: продольная и поперечная, сдвинутые относительно друг друга на 90°. Одна из обмоток является обмоткой возбуждения, другая — выходной. Ротор 3 тахогенератора выполнен в виде тонкостенного стакана, вращающегося между внешним статором 1 и внутренним неподвижным стаканом 2. Обмотка возбуждения тахогенератора питается от сети переменного тока; в выходной обмотке наводится ЭДС переменного тока, амплитуда которой пропорциональна частоте вращения ротора, а частота ЭДС равна частоте сети, питающей обмотку возбуждения.

При изменении направления вращения фаза выходного напряжения меняется на обратную.

Обмотка возбуждения, питающаяся напряжением переменного тока U=U_maxsinω₀t от сети с частотой ω₀, создает пульсирующий магнитный поток возбуждения

Фв=Фв max sinω0t,

Этот магнитный поток пересекает ротор в направлении, перпендикулярном оси выходной обмотки. При неподвижном роторе ЭДС в выходной обмотке не наводится. При вращении ротора в нем находится суммарная ЭДС, состоящая из ЭДС трансформации, наводимой потоком обметки возбуждения, и из ЭДС вращения, возникающей за счет пересечения ротором магнитных линий потока возбуждения. Суммарная ЭДС создает в короткозамкнутом роторе токи, которые вызывают появление переменного магнитного потока Ф, совпадающего с осью сигнальной (выходной) обмотки тахогенератора. Поток Ф наводит в выходной обмотке ЭДС, пропорциональную частоте вращения ротора при постоянном напряжении возбуждения, фаза которой определяется направлением вращения. Таким образом, выходная ЭДС, наводимая в сигнальной обмотке асинхронного тахогенератора, определяется выражением

Евых=kUвn,

где k—коэффициент пропорциональности; U_в—напряжение возбуждения; n—частота

вращения ротора.

Рис 2.37 Схема включения тахогенератора для выполнения интегрирования.

Из рис. 2.36, б видно, что при различных значениях частоты вращения частота выходного напряжения не меняется, а меняется только его амплитуда.

Важным параметром тахогенератора является точность преобразования механическою вращения в электрический сигнал. Погрешности асинхронного тахогенератора переменного тока зависят от значений амплитудных и фазовых искажений, от диапазона изменения частоты вращения ротора, температурных влияний, наличия производственных погрешностей и т.д. Изменение температуры вызывает изменение удельного сопротивления ротора, от которого зависит выходная ЭДС. Для уменьшения температурной погрешности ротор часто изготавливается из специальных сплавов, имеющих малый температурный коэффициент, например из марганцовистой меди, марганцовистого алюминия, фосфористой бронзы. Если обмотку возбуждения асинхронного двухфазною тахогенератора питать напряжением постоянного тока, то на выходной его обмотке изведется напряжение переменного тока, пропорциональное второй производной от угла поворота вала, т. е. пропорциональное ускорению вращения вала.

Как уже указывалось, тахогенераторы используются в различных схемах автоматики. На рис. 2.37 показана схема включения тахогенератора постоянного тока для выполнения интегрирования, где приняты следующие обозначения: ТГ — тахогенератор постоянною тока, Д — двухфазный асинхронный двигатель, У — усилитель. На вход усилителя поступает сигнал постоянного тока ΔЕ, который является разностью напряжений между сигналом U и ЭДС Е, поступающей от тахогенератора ТГ. Усиленный и преобразованный в напряжение переменного тока управляющий сигнал U_y на выходе усилителя будет вращать асинхронный двигатель. Частота вращения двигателя Д при этом будет такова, что тахогенератор, расположенный на его валу, будет развивать ЭДС Е, равную напряжению входного сигнала. При этом справедливо равенство

ΔЕ=U—Е=0.

Электродвижущая сила тахогенератора постоянного тока является производной от угла поворота якоря и определяется выражением

da

Е=k ,

dt

где k — постоянный коэффициент, а — угол поворота якоря.

Но, как было указано, схема работает таким образом, что ЭДС Е становится равной напряжению сигнала U. Поэтому справедливо равенство

da

U=k ,

dt

или

1 t

a⁼

òUdt . k ₀

Следовательно, угол поворота вала тахогенератора будет пропорционален интегралу входного напряжения U по времени. Рассмотренная схема называется часто интегрирующим приводом.

2.4 Вращающиеся трансформаторы

Вращающимся трансформатором (ВТ) называется индукционная электрическая машина переменного тока, предназначенная для выработки напряжений, пропорциональных синусу или косинусу угла поворота или напряжений, пропорциональных угла поворота ротора машины (в зависимости от схемы включения обмоток статора и ротора).

Конструктивно ВТ выполняют в виде статора и ротора с контактными кольцами.

U a

Е1