ТАХОГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрические машины небольшой мощности, применяемые в системах автоматики и вычислительной техники в качестве опциональных элементов. Системы автоматики делят на три группы: исполнительные, усилители и информационные. Исполнительные- осуществляют конвертирование электрической энергии в механическую (вращение, перемещение и т. п.), эти устройства могут быть переменного тока, постоянного тока и шаговыми. Усилители предназначены для усиления электрических сигналов. Тахогенераторы, сельсины, магнесины, вращающиеся трансформаторы относятся к информационным машинам. Они используются для преобразования механических параметров (угла поворота, f вращения, ускорения) в электрический сигнал.

Принцип работы

Тахогенератор постоянного тока — это машина, работающая на постоянном токе, может быть, как с независимым возбуждением, так и с возбуждением от постоянных магнитов. Конструктивно тахогенератор постоянного тока практически идентичен машинам постоянного тока. Он нужен для измерения частоты вращения по величине выходного напряжения и как следствие получения электрических сигналов, соответствующих частоте вращения вала в системах автоматического управления и регулирования.

Требования к тахогенераторам: 1) линейность характеристик на выходе; 2) у выходной характеристики должна быть большая крутизна; 3) Минимальное влияние на характеристики температуры окружающей среды; 4) минимальные пульсаций напряжения на коллекторе; 5) устойчивость к изменениям нагрузки.

На. рис. 1 приведены основные схемы тахогенераторов постоянного тока с электромагнитным возбуждением (а) и возбуждением от постоянных магнитов (б). При электромагнитном возбуждении к источнику постоянного тока подключают обмотку возбуждения ОВ (рис. 1, а), при этом происходит возбуждение тахогенератора и когда якорь тахогенератора начинает вращение с частотой n, на выходе появляется постоянное напряжение Uвых.

Рисунок 1. Схемы включения тахогенераторов постоянного тока

Для выходного напряжения тахогенератора уравнение будет имеет вид:

                                                                                                     (1)

 - сопротивление у обмотки якоря, Ом;

- внутреннее сопротивление прибора, Ом.

Падением напряжения в щеточном контакте ∆Uщ можно пренебречь, тогда следует:

                                                                                                  (2)

Из формулы (2) делаем вывод, что чем выше величина  тем большей крутизны получаем выходную характеристику . Наибольшей крутизне выходной характеристики, будет соответствовать режим холостого хода тахогенератора, (обмотка якоря разомкнута). При увеличении нагрузки крутизна выходной характеристики будет уменьшаться (рис. 1, а). При этом с увеличением тока нагрузки  крутизна будет уменьшаться (рис. 1, а). В результате достигается лучшая крутизна в сравнении с асинхронными тахогенераторами.

Следующая важная характеристика- это криволинейность выходной характеристики. В теории она у тахогенератора постоянного тока будет в виде прямой линии. Вот только в реальности выходная характеристика будет прямолинейна только в начальной части (на малых частотах вращения), а при увеличении частоты вращения она становится криволинейной (рис. 1, а). Чем выше частота вращения и ниже сопротивление нагрузки  тем больше будет криволинейность, поэтому не рекомендуется использовать тахогенераторы на его max частотах вращения и использовать низкоомную нагрузку. Отклонения выходной характеристики у тахогенератора от прямолинейной, приводит к амплитудной погрешности имеющей, у тахогенераторов постоянного тока, величину от 0,5 до 3%.

Тахогенераторы постоянного тока в системах автоматики

Применение тахогенераторов постоянного тока в различных системах управления объясняется тем, что входным сигналом для большинства регуляторов в схемах автоматики является напряжение постоянного тока; тахометры с равномерными шкалами являются вольтметрами магнитоэлектрической системы и по существу измеряют напряжение постоянного тока, пропорциональное частоте вращения. В замкнутой системе регулирования тахогенераторы являются основным звеном контура обратной связи по частоте вращения. Часто считают, что тахогенератор — это безынерционное звено или (при наличии RС-фильтра для сглаживания пульсаций повышенной частоты) инерционное звено первого порядка с небольшой постоянной времени, определяемой RС-цепочкой фильтра.

Более глубокие исследования, однако, показывают, что с учетом щеточного узла и люфтов в подвижной передаче (муфты, зубчатые пары) узел тахогенератора становится нелинейным звеном, вызывающим автоколебания системы управления. При этом наиболее вредные низкочастотные пульсации напряжения на выходе узла тахогенератора в большей степени зависят от органических недостатков применяемых передач, чем от собственно тахогенератора как электрической машины. В системе автоматического управления под тахогенератором (ТГ) принято понимать комплекс устройств или узел между валом двигателя и входом усилителя. В приводах с тахогенераторами этот узел включает в себя устройство сочленения (муфту, зубчатую передачу), собственно тахогенератор, проводку до панели управления, а иногда также выходной трансформатор, фильтр и потенциометр.

Достоинства и недостатки

Достоинства тахогенераторов постоянного тока пред их асинхронными аналогами- маленькие габаритные размеры и масса, отсутствие фазовой погрешности, возможность использовать для возбуждения постоянные магниты, что позволяет избежать применения дополнительного источника питания для цепи возбуждения. Недостатками же являются: сложность конструкции; высокая стоимость; наличие щеточно-коллекторного узла, наличие которого снижает качество выходной характеристики, а также надежность всей конструкции; пульсация выходного напряжения; наличие зоны нечувствительности; радиопомехи. Для уменьшения электромагнитных излучений используют экранирование двигателя путем его заземления, для избавления от радиопомех применяют фильтры и симметрирование обмоток.  У всех видов тахогенераторов имеются свои достоинства и недостатки. Поэтому выбирая тахогенератор нужно руководствоваться конкретными техническими параметрами, удовлетворяющими условиям эксплуатации, номиналов у автоматической системы управления и т. д.  Широкое применение получили тахогенераторы постоянного тока, возбуждаемые постоянными магнитами. Эти тахогенераторы не имеют обмотки возбуждения, и поэтому они проще по конструкции и имеют меньшие габариты.