Синхронные тахогенераторы

Синхронный
тахогенератор, показанный на рис. 3.46,
состоит из двух микромашин, которые
обеспечивают дистанционное измерение
угловой скорости.

Рис. 3.46
Синхронный тахогенератор

При
вращении ротора первой микромашины в
статоре её индуцируется трехфазная ЭДС
с частотой в три раза больше, чем
измеряемая угловая скорость, так как р
= 3, где р
– число пар полюсов.

При
протекании трехфазного переменного
тока с тройной частотой в статоре второй
машины, в ней возникает вращающееся
магнитное поле с частотой вращения 3
.
В беличьей клетке ротора второй
микромашины индуцируется ЭДС, в ней
протекают токи Фуко, создающие
электромагнитный момент, вызывающий
разгон ротора до подсинхронной скорости.
Наличие постоянных магнитов на роторе
позволяет раскрутиться ротору второй
микромашины до синхронной скорости,
т.е. ротор будет вращаться с частотой
поля статора этой микромашины и,
соответственно, поля статора первой
микромашины.

Ротор
второй микромашины вращается свободно
и необходим для уменьшения магнитного
сопротивления магнитному потоку для
создания необходимой индукции. В зазоре
второй микромашины, где находится
алюминиевый стакан, связанный с
измерительной системой. Магнитные
силовые линии поля в зазоре второй
микромашины, пересекая стакан, индуцируют
в нем ЭДС, ток и соответствующий
электромагнитный момент. Вращающий
момент стакана уравновешивается моментом
сопротивления спиральной пружины
измерительной системы. В момент равновесия
этих моментов стрелка измерительного
прибора придет в состояние покоя.
Наблюдатель может снять визуально
отсчет по шкале прибора.

Возможные
варианты реализации синхронного
тахогенератора.

Синхронные
тахогенераторы типа ТЭ с вторичным
стрелочным измерительным прибором
Ц1600/К. К одному датчику может быть
подключено до трех вторичных приборов
через соединительную коробку. Скорость
вращения измеряется в следующих пределах:
20 ÷ 100 об/мин – ТЭ-1; 20 ÷ 1500 об/мин – ТЭ-2;
20 ÷ 2500 об/мин – ТЭ-2,5; 20 ÷ 5000 об/мин – ТЭ-5.
Приведенная погрешность измерения –
1,5%.

Тахометры
типа К1803 с вторичным прибором М1850 или
И1619. Диапазон измеряемых скоростей
вращения: 0 ÷ 100,0 ÷ 200,0 ÷ 300 и т.д. до 0 ÷ 4000
об/мин. Приведенная погрешность 1%.

Синхронные
трехфазные тахогенераторы типа ДТЭ и
ДТК с магнитоиндукционными вторичными
приборами типа ИСТ-1, ИСТ-4. Номинальная
скорость вращения 6000 об/мин.

Синхронные
однофазные тахогенераторы с одной парой
полюсов на роторе типа СГ-0,24, СГ-0,25 имеют
диапазон измеряемых скоростей вращения
соответственно 0 ÷ 1500, 0 ÷ 3000 об/мин.

Принцип
действия частотных датчиков скорости
вращения состоит в преобразовании
скорости вращения в частоту. Выходной
сигнал может быть представлен в виде
последовательности коротких импульсов.
Частотные датчики можно разделить на
генераторные, модуляционные, оптические
и емкостные. Генераторные датчики
используют индукционный принцип.
Индуктор (ротор) может быть выполнен в
виде постоянного магнита, ферромагнитного
стержня или шестеренки. Импульсы
индукционных датчиков возникают под
влиянием пульсирующего или переменного
магнитного потока.

У
оптических (фото-импульсных) датчиков
импульсы создаются при помощи дисков
с отверстиями или прорезями. Диски
перекрывают постоянный источник света.
В основе работы емкостно-частотного
датчика скорости вращения лежит изменение
емкости между электродом и зубцом
зубчатого колеса. Электрическое поле
в зазоре создается генератором высокой
частоты (1 ÷ 2) МГц. Выходной сигнал,
проходящий через емкость между зубчатым
колесом, становится импульсно-модулированным.
Зубчатое колесо выполняется из любого
проводящего материала. Зазор между
зубцами колеса и электродом должен быть
минимальным.

Преимущество
частотных датчиков заключается в
отсутствии погрешностей при преобразовании
скорости вращения в частоту и передачи
сигнала на большие расстояния, отсутствии
нагрузки исследуемого вала, отсутствии
запаздывания.

Преобразователи
частотных сигналов, поступающих от
индукционных, фотоэлектрических или
емкостных датчиков, могут содержать
следующие узлы: электронный усилитель
для формирования сигнала с постоянной
амплитудой, преобразователь частота –
ток, (0 ÷ 5) мА, генератор опорной частоты
и источник питания.

Электронный
тахометр 7ТЭ предназначен для дистанционного
измерения частоты вращения с индикацией
результатов измерения на пятиразрядном
цифровом индикаторе. Диапазон измерения
скорости вращения от 2 до 90000 об/мин
разбит на 11 поддиапазонов. Приведенная
погрешность 0,02%, температура окружающей
среды 10…60ºС.

Комплекс
тахометрических преобразователей
«Турбина» служит для измерения частоты
вращения и преобразования ее в
унифицированный сигнал ГСП (0-5) мА с
относительной погрешностью 0,5%.

Для
бесконтактного измерения частоты
вращения в гироскопических устройствах
и других приборах, где нельзя нагружать
вращающиеся узлы, широко применяется
стробоскопический метод.

синхронные, асинхронные и индукционные тахогенераторы постоянного тока

Устройство предназначено для моментального преобразования скорости ротора в пропорциональное значение электрического напряжения. Тахогенераторы используются в качестве датчиков контроля и измерения скорости и являются информативной электрической машиной.

Они представляют собой микромашины для обеспечения стабильности технологических процессов и повышения качества получаемой продукции, а также для увеличения чувствительности систем, предназначенных для автоматического управления.

По своим конструктивным особенностям тахогенераторы аналогичны устройству конструкции электродвигателя постоянного тока. Возбуждение производится от постоянных магнитов и от электромагнитов.

Тахогенераторы

Принцип работы

Работа устройства заключается в пропорциональном отношении скорости вращения вала генератора к его электродвижущей силе (ЭДС). Величина потока возбуждения сохраняется неизменной.

Виды тахогенераторов

• тахогенераторы асинхронного типа;
• синхронные тахогенераторы, используемые в сети переменного тока;
• машины индукционные типа, с возбуждением от постоянного магнита (тока).

Индукционные тахогенераторы постоянного тока

Индукционные тахогенераторы постоянного тока

Устройства этого типа аналогичны машине постоянного тока с независимым возбуждением, осуществляемым от постоянных магнитов. Для этих машин характерна изменчивая величина передаточного коэффициента, это происходит по причине того, что щеточный контакт имеет нелинейное сопротивление. Реакции якоря создает неравномерность магнитной индукции в зазорах генератора, особенно при малом и наибольшем значении скорости.

Снижение нелинейности происходит за счет использования металлизированных обмедненных щеток, для которых характерно малое падение значения напряжения. Нелинейность, по причине реакции якоря, понижается за счет ограничения скорости и повышением величины сопротивления нагрузки.

На качество работы данного устройства оказывают влияние погрешности в технологическом плане и из-за конструктивных особенностей тахогенератора. В них входят:

• пульсирующие скачки напряжения в коллекторе, зависящие от количества составляющих пластин коллектора;
• зубчатая конструкция якоря;
• несимметрия воздушного зазора влечет к оборотным пульсациям.

При невысокой скорости вращения, из-за этих погрешностей происходит искажение выходного сигнала, понижение значения частоты и повышается амплитуда, что способствует ограничению скоростной нижней границы тахогенератора. Для повышения качества работы и сглаживания пульсаций, в конструкции тахогенератора применяют повышенное количество пластин в коллекторе. Также используются якоря, в конструкции которых применяются пазы, особенность их заключается в скосе на одно зубчатое деление. Воздушный зазор увеличивается.

Для достижения высокой точности, конструкция тахогенератора выполняется с якорем, в котором отсутствуют пазы. Дополнительное подключение конденсаторной батареи способствует снижению пульсаций, конденсатор служит в качестве высокочастотного фильтра.

Синхронные тахогенераторы

Синхронные тахогенераторы аналогичны по внешнему виду синхронной машине малой мощности с магнитоэлектрическим возбуждением, небольших габаритных размеров ротор, которой используется в качестве постоянного магнита. В этом случае, для сглаживания амплитуды и частоты, которые по отношению к скорости вращения пропорциональны, используются полупроводниковые выпрямители.

Этот тип тахогенератора можно охарактеризовать переменной частотой, это представляет затруднение для применения в схемах стандартного предназначения, переменного тока. Он отличается нечувствительностью к изменению направления вращения вала двигателя. В синхронных тахогенераторах используется большое количество пар полюсов. По этой причине, синхронные тахогенераторы применяются для электроприводов с небольшой скоростью вращения вала.

Основные причины, создающие погрешность тахогенераторов синхронного типа

• напряжение на выходе зависит от сопротивления измеряемой цепи;
• несимметрия воздушного зазора, она способствует возникновению низкочастотных пульсаций;
• магнитный поток сопровождается зубцовыми пульсациями;
• параметры машины зависят от температурных изменений.

Условия и меры, применяемые при эксплуатации синхронных тахогенераторов для компенсации погрешностей аналогичны мерам, используемым для тахогенераторов постоянного тока. Пульсации выпрямленного напряжения выравниваются за счет изготовления конструкции ротора с полюсами специального профиля, благодаря этому получается необходимая ЭДС. Снижение зубцовых пульсаций происходит за счет использования сглаживающего фильтра.

Достоинства синхронных тахогенераторов

• виброустойчивость;
• пыле- и влагозащищенность;
• взрывобезопасность.

Асинхронный тахогенератор

Тахогенератор асинхронного типа по конструктивным особенностям аналогичен двухфазному исполнительному электродвигателю с короткозамкнутым тонкостенным ротором «беличья клетка». Питание осуществляется от электрической сети напряжения переменного тока и подается на обмотку возбуждения.

Выходная обмотка наводит двойное ЭДС, первая ЭДС со значением переменного тока трансформаторного типа (изнутри ротора), вторая ЭДС, вращения (с внешней стороны ротора). Первая ЭДС под воздействием токов создает результирующий продольный магнитный поток. При воздействии второй ЭДС, токи создают свой магнитный поток, наводящий в обмотке тахогенератора – ЭДС выходы.

Частота и амплитуда синусоиды электрической переменной сети относится пропорционально к количеству оборотов вращения ротора генератора. Чтобы изменить направления вращения, необходимо поменять выходную фазу на противоположную.

Использование тахогенераторов нашло применение в автоматических устройствах и в системах управления в виде безинерционного элемента. Для систем, в которых величина выхода является углом поворота, тахогенератор выступает в качестве абсолютного дифференциатора. В электрической цепи, к которой присоединен тахогенератор – электромагнитная инерция принимается в качестве добавочного апериодического звена.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните в раздел Электродвигатели, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Что такое Тахогенератор? — Определение тахогенератора, описание AC DC

• Калькуляторы
• Задачи проектирования

Войти

Добро пожаловать! Войдите в свою учетную запись

ваше имя пользователя

ваш пароль

Забыли пароль?

Завести аккаунт

Политика конфиденциальности

Зарегистрироваться

Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

ваш адрес электронной почты

ваше имя пользователя

Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

Политика конфиденциальности

Восстановление пароля

Восстановить пароль

ваш адрес электронной почты

Поиск

Изменено: 14 апреля 2021 г.

Категория статей

Тахогенератор определение – генератор, в котором генерируемое напряжение симметрично скорости вращения ротора, а также используется только как источник симметричного скорости сигнала (не нагружен).

Основные типы тахометрических генераторов – коллекторный генератор, синхронный генератор. В последнем сигнал представляет собой переменное напряжение, частота которого (вместе с амплитудой) пропорциональна скорости вращения.
Тахогенератор. возбуждаются от постоянного магнита. В тахогенераторе с такими постоянными магнитами поток возбуждения в очень хорошем приближении можно считать постоянным. Электромагнитное возбуждение для управления шагом выходной характеристики встречается значительно реже, а также генераторы этого типа должны быть снабжены магнитными шунтами для соединения полюсов статора друг с другом.

Наиболее часто используемыми устройствами для измерения скорости являются тахометрические генераторы переменного тока, а также энкодеры (импульсные датчики). Стандартной спецификацией тахометрических генераторов переменного тока является согласованность генератора, которая определяет значение напряжения при 1000 об/мин, а также частоту результирующего напряжения. Результирующее напряжение такого генератора выражается связью:

Где:

wzb – поток возбуждения,

ω – частота вращения ротора,     

Rt – сопротивление якоря,   

Rpsz — сопротивление переходу щетки,

Robc — сопротивление нагрузке.

Наибольший наклон характеристики преобразования стилей получается для бесконечно большого Robc. Эти наклоны получают порядка 0,005 В/об/мин. Минимальное значение Rpsz достигается при использовании медных щеток. Различные другие характеристики, принимаемые во внимание при выборе генератора для конкретного применения, включают диапазон скоростей, уровень чувствительности формы выходной характеристики к допустимой токовой нагрузке его выходной обмотки, а также регулировку уровня температуры окружающей среды, форму результирующего напряжения, значение напряжения нейтрали (при r=0), а также диапазон линейности характеристики. Линейность характеристической кривой зависит от значения сопротивления нагрузки, а также увеличивается по мере увеличения сопротивления нагрузки.

Однако на измерения с помощью тахогенератора влияют шумы (работа коммутатора, внешние помехи), особенно неблагоприятные при пониженных значениях скорости и, следовательно, пониженные результирующие напряжения. Шум обычно доминирует в измеряемом сигнале, что делает его бесполезным. Вариантом может быть использование долговременных магнитов на роторе и расположение обмоток на статоре. Ведущий производитель сервоприводов, MAVILOR, для поддержания превосходного качества своих систем точного привода оснащает свои электродвигатели высококачественными элементами, состоящими из описанных тахогенераторов. Это важная часть для получения подробной информации о работе привода, используемого в системе управления. Тахогенераторы ROLIVAM изготавливаются ведущим производителем прецизионных сервоприводов переменного и постоянного тока. Они созданы для обнаружения: остановки, положения, а также ускорения или изменения направления без заклинивания с погрешностью менее 1,5%. ROLIVAM производит генераторы трех групп напряжения: 7 В, 10 В и 20 В при 1000 об/мин. Электромеханическая схема обмотки на 2-х равноудаленных ветвях, 4 щетки (по две на каждую линию), коллектор из медно-серебряного сплава с большим количеством секций, соответствующая обработка поверхности, постоянные магниты, пониженная инерция, а также высокое качество изготовления. Это означает, что тахогенераторы ROLIVAM выдают определенный и устойчивый результирующий сигнал с чрезвычайно низкой пульсацией, что способствует сверхбыстрой реакции в условиях, когда изменение направления вращения является важным компонентом сервосистемы.

Тахогенераторы постоянного и переменного тока

Большинство используемых сегодня тахогенераторов представляют собой щеточные генераторы постоянного тока со статором с постоянными магнитами, а также с вращающимся якорем с обмоткой. Один конец якоря прикреплен к объекту, скорость которого измеряется, и якорь вращается в магнитном поле статора. При вращении измеряемого объекта вращение якоря тахогенератора индуцирует напряжение, причем амплитуда напряжения пропорциональна скорости вращения. Коммутатор преобразует переменный ток, создаваемый вращением, в постоянный ток, который можно проанализировать с помощью схемы вольтметра и преобразовать в скорость. При изменении направления вращения изменяется полярность напряжения, поэтому тахогенератор постоянного тока может определять как скорость, так и направление вращения.

В тахогенераторе переменного тока отсутствуют щетки, а вместо них используется неподвижный статор с обмоткой и ротор с постоянными магнитами. В этом случае вращающееся магнитное поле ротора индуцирует напряжения в трехфазных обмотках статора. Амплитуда, а также частота индуцированного напряжения симметричны скорости вращения. Выход переменного тока выпрямляется до напряжения постоянного тока, амплитуда которого пропорциональна скорости вращения, а также выпрямленный выход подвергается сглаживающему фильтру для уменьшения скачков напряжения. В связи с тем, что переменный ток меняет полярность дважды за электрический цикл, тахогенератор переменного тока не может установить направление вращения вала. Поскольку им не нужны механические щетки, варианты переменного тока обычно имеют более длительный срок службы, а также более низкие требования к техническому обслуживанию после тахогенераторов постоянного тока.
В приложениях управления движением тахогенераторы обычно используются с двигателями постоянного тока, а также с приводами для регулирования скорости двигателя.

Применение тахогенератора

Использование тахогенератора имеет различные преимущества. Например, когда согласующий вал меняет направление, полярность напряжения тахогенератора постоянного тока с постоянными магнитами также изменится. В результате генераторы тахометров подходят для приложений управления или измерения, которые требуют указания направления.
Генераторы тахометра часто используются для измерения скорости двигателя и двигателя, а также для согласования скорости приводного оборудования, такого как конвейеры, смесители, вентиляторы, а также устройства оборудования. Следовательно, они используются в качестве элементов обратной связи в цепях управления скоростью.

Тахогенераторы также можно использовать в качестве источников обратной связи для управления напряжением двигателя. Для запуска электродвигателя требуется значительное напряжение, но после этого он может работать при значительно пониженном напряжении. Использование тахогенератора обеспечивает непрерывную, пропорциональную подачу напряжения на двигатель, что приводит к значительно более высоким скоростям при различных нагрузках.

Ссылка:

https://ep.com.pl/files/3349.pdf

Михал Пукала

Инженер электроники и телекоммуникаций с дипломом магистра электроэнергетики. Светодизайнер опытный инженер. В настоящее время работает в сфере IT.

Что такое электрический тахометр? — Генератор тахометра постоянного и переменного тока

Определение: Тахометр используется для измерения скорости вращения или угловой скорости машины, которая сцеплена с ним. Он работает по принципу относительного движения между магнитным полем и валом сопряженного устройства. Относительное движение индуцирует ЭДС в катушке, помещенной между постоянным магнитным полем постоянного магнита. Развиваемая ЭДС прямо пропорциональна скорости вращения вала.

Механический и электрический тахометр бывают двух типов. Механический тахометр измеряет скорость вращения вала относительно оборотов в минуту.

Электрический тахометр преобразует угловую скорость в электрическое напряжение. Электрический тахометр имеет больше преимуществ перед механическим тахометром. Таким образом, он в основном используется для измерения скорости вращения вала. В зависимости от природы наведенного напряжения электрические тахометры делятся на два типа.

• Генератор тахометра переменного тока
• Генератор тахометра постоянного тока

Генератор тахометра постоянного тока

Постоянный магнит, якорь, коммутатор, щетки, переменный резистор и вольтметр с подвижной катушкой являются основными частями генератора тахометра постоянного тока. Машина, скорость которой должна быть измерена, соединена с валом тахометрического генератора постоянного тока.

Тахометр постоянного тока работает по тому принципу, что когда замкнутый проводник движется в магнитном поле, в проводнике индуцируется ЭДС. Величина ЭДС индукции зависит от связи потока с проводником и скорости вала.

Якорь генератора постоянного тока вращается между постоянным полем постоянного магнита. Вращение индуцирует ЭДС в катушке. Величина ЭДС индукции пропорциональна скорости вращения вала.

Коммутатор преобразует переменный ток катушки якоря в постоянный с помощью щеток. Вольтметр с подвижной катушкой измеряет ЭДС индукции. Полярность индуцирующего напряжения определяет направление движения вала. Сопротивление включено последовательно с вольтметром для контроля сильного тока якоря.

ЭДС индукции в тахометрическом генераторе постоянного тока задается как

Где, E – генерируемое напряжение
Φ – поток на полюсы в Weber
P- число полюсов
N – скорость вращения в минуту
Z – число проводников в обмотках якоря.
а – номер параллельного пути в обмотках якоря.

Преимущества генератора постоянного тока

Ниже приведены преимущества тахометра постоянного тока.

• Полярность индуктивного напряжения указывает направление вращения вала.
• Обычный вольтметр постоянного тока используется для измерения индуктивного напряжения.

Недостатки генератора постоянного тока

• Коллектор и щетки требуют периодического обслуживания.
• Выходное сопротивление тахометра постоянного тока остается высоким по сравнению с входным сопротивлением. Если в проводнике якоря индуцируется большой ток, постоянное поле постоянного магнита будет искажаться.

Генератор тахометра переменного тока

Генератор тахометра постоянного тока использует коллектор и щетки, которые имеют много недостатков. Генератор тахометра переменного тока предназначен для уменьшения проблем. Тахометр переменного тока имеет неподвижный якорь и вращающееся магнитное поле. Таким образом, в тахометрическом генераторе переменного тока отсутствуют коммутатор и щетки.

Вращающееся магнитное поле индуцирует ЭДС в неподвижной катушке статора. Амплитуда и частота ЭДС индукции эквивалентны скорости вращения вала. Таким образом, для измерения угловой скорости используется либо амплитуда, либо частота.

Упомянутая ниже схема используется для измерения скорости вращения ротора с учетом амплитуды индуцированного напряжения. Наведенные напряжения выпрямляются и затем поступают на емкостной фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленных напряжений.

Генератор переменного тока с вращающейся чашкой ротора

Тахометр переменного тока с вращающейся чашкой показан на рисунке ниже.

Статор генератора состоит из двух обмоток, т. е. опорной и квадратурной. Обе обмотки смонтированы 90° друг от друга. Ротор тахометра выполнен с тонкой алюминиевой чашкой и помещен между полевой конструкцией.

Ротор изготовлен из высокоиндуктивного материала с низкой инерцией. Вход подается на опорную обмотку, а выход получается на квадратурную обмотку.