§ 4.4. Акселерометр

Рис. 4.8. К вопросу о принципе действия акселерометра

Если обмотку возбуждения асинхронного тахогенератора питать постоянным током, он приобретает новое качество. Постоянный магнитный поток Ф_в индуцирует в роторе ЭДС вращения Е_вр, которая создает ток и магнитный поток, направленный по поперечной оси тахогенератора Ф_q = kc_e/r_р*nФ_в (рис.4.8). Этот поток, будучи сцепленным с витками генераторной обмотки, наводит в ней ЭДС, пропорциональную производной угловой скорости вращения вала.

Другими словами, тахогенератор стал измерителем не скорости вращения а ее изменения (ускорения или замедления), т.е. акселерометром.

Как датчик ускорения АТГ часто используется в измерительных и испытательных системах, например для записи кривой момента асинхронного двигателя и регистрации паразитных моментов от высших гармоник магнитного поля.

§ 4.5. Синхронный тахогенератор

Синхронный тахогенератор (СТГ) является простейшим тахогенератором переменного тока. Конструктивно он подобен однофазному синхронному генератору небольшой мощности с ротором в виде постоянного магнита-звездочки (рис. 3.9).

Рис. 4.9. Синхронный тахогенератор

При вращении ротора в обмотке статора индуцируется ЭДС, действующее значение которой пропорционально частоте вращения n:

Главный недостаток СТГ заключается в том, что одновременно с изменением угловой скорости вращения ротора n изменяется частота тока в статоре f, изменяется индуктивное сопротивление (x = 2pfL) как самого тахогенератора, так и нагрузки, на которую он работает. Это приводит к искажению выходной характеристики СТГ, к появлению значительных амплитудных и фазовых погрешностей.

Синхронные тахогенераторы в системах автоматики применяются редко. Их в основном используют для измерения частот вращения различных машин и механизмов, подключая к вольтметрам со шкалой, отградуированной в об/мин.

Основное достоинство СТГ - простота конструкции и высокая надежность в работе.

§ 4.6. Тахогенераторы постоянного тока

Тахогенераторы постоянного тока по конструкции и принципу действия представляют собой электрическую машину постоянного тока всегда с независимым возбуждением, чаше всего от постоянных магнитов (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Тахогенератор постоянного тока

Если учесть падение напряжения в щеточном контакте DU_щ, уменьшение магнитного потока возбуждения Ф_о из-за размагничивающего действия поперечной реакции якоря на величину DФ, уравнение напряжение тахогенератора будет

(4.3)

где: I_a – ток якоря; r_ам- сопротивление обмотки якоря. Поскольку I_а = U/R_н, а DФ можно принять равным k_ряI_а, уравнение (4.3) принимает вид

Здесь: R_н - сопротивление нагрузки; k_ря - коэффициент пропорциональности между током якоря и потоком реакции якоря.

Рис. 4.11. Выходные характеристики тахогенератора постоянного тока

Решая последнее уравнение относительно U, окончательно получим

(4.4)

На рис. 4.11 по уравнению (4.4) построены выходные характеристики тахогенератора постоянного тока. Их анализ позволяет сделать следующие выводы:

1)характеристики начинаются не из нуля - появляется зона нечуствительности, в пределах которой выходное напряжение равно нулю;

2)характеристики нелинейные с различной крутизной: чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше крутизна.

Погрешности тахогенератора. Зона нечуствительности обуславливается падением напряжения в переходном контакте между щеткой и коллектором. Для ее уменьшения применяют щетки с малым переходным сопротивлением (медно-графитовые или серебряно-графитовые), а в прецизионных тахогенераторах используют проволочные щетки с серебряным, золотым и даже платиновым покрытием. Влияние реакции якоря проявляется в нелинейности выходной характеристики. С целью ее ослабления магнитную цепь тахогенератора выполняют либо слабо, либо сильно насыщенной. И в том и в другом случае рабочая точка лежит на линейной части характеристики, где размагничивающее действие поперечной реакции якоря сказывается незначительно.

Температурная погрешность связана с изменением сопротивления обмотки якоря и особенно обмотки возбуждения, если последняя имеется. (При увеличении температуры меди на 50^oее сопротивление увеличивается на 20%). При увеличении сопротивления обмотки возбуждения уменьшается ток, магнитный поток и выходное напряжение тахогенератора. Температурную погрешность можно уменьшить различными путями. Например, включением последовательно с обмоткой возбуждения терморезистора, стабилизирующего сопротивление всей цепи. Достаточно эффективный способ - сильное насыщение магнитной цепи. В этом случае даже значительные колебания тока возбуждения весьма слабо отражаются на колебаниях магнитного потока возбуждения (рис. 4.12).

Рис. 4.13. Причины асимметрии выходного напряжения

В тахогенераторах с постоянными магнитами подобной проблемы практически не существует, а изменение сопротивления обмотки якоря приводит к очень небольшим погрешностям.

Асимметрия выходного напряжения здесь возникает из-за смещения щеток с геометрической нейтрали. Как известно, при сдвиге щеток с нейтрали, возникает продольная реакция якоря, которая носит намагничивающий характер при одном направлении вращения (рис. 4.13, а) и размагничивающий при другом (рис. 4.13, б). Для устранения этой погрешности надо очень точно устанавливать и надежно закреплять щеточный узел, не допускать люфтов в щеткодержателях.

Пульсация выходного напряжения является специфической погрешностью тахогенератора постоянного тока. Различают зубцовые, якорные и коллекторные пульсации.

Зубцовые пульсацииобуславливаются зубчатым строением якоря, что приводит к периодическому изменению проводимости воздушного зазора. С целью устранения зубцовых пульсаций выполняют скос пазов, выбирают такую ширину полюсного наконечника, в пределах которой укладывается целое число зубцовых делений (рис. 4.14, а,б). Иногда применяют магнитные клинья.

Якорные пульсации обуславливаются неравномерным воздушным зазором, неодинаковой магнитной проводимостью вдоль и поперек проката. Для ослабления этой причины выполняют относительно большой зазор, по высокому классу точности обрабатывают посадочные поверхности, применяют высококачественные подшипники, выполняют веерообразную шихтовку сердечника якоря.

Коллекторные пульсации возникают из-за конечного числа коллекторных пластин, неплотного прилегания щеток, вибраций щеточного узла. Для их устранения выполняют максимально возможное число коллекторных пластин, тщательно подбирают ширину щеток, улучшают качество изготовления щеткодержателей, коллектора и т.д.

Далее...