ГЛАВА 5.ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

§5.4.Тахогенераторы постоянного тока

Тахогенераторы постоянного тока(рис.5.7,а) по принципу действия и конструкции представляют собой электрические коллекторные микромашины постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением или возбуждением от постоянных магнитов.

Выходная характеристика. Выходная характеристика тахогенератора – это зависимость напряжения U_я от угловой скорости якоря при Ф=const и R_н=const.

Электродвижущая сила якоря E_я прямо пропорциональна магнитному потоку возбуждения и угловой ско¬рости якоря. На основании (2.2) при постоянном магнитном потоке

, (5.14)

где S_тг.о=кФ_в крутизна тахогенератора при х.х.; θ – угол поворота якоря тахогенератора.

Выражение (5.14) – это уравнение выходной характеристики тахогенератора постоянного тока при х.х., т.е. при разомкнутой цепи якоря. Данная линейная зависимость показана на рис.5.7,б (для R_Н=?"8734 ).

Рис.5.7

При подключении обмотки якоря к прибору или устройству с конечным значением входного сопротивления выходное напряже¬ние будет меньше ЭДС якоря. Уравнение равновесия ЭДС и напря¬жений в цепи якоря, записанное по второму закону Кирхгофа, имеет вид U_я=E_я-I_яR_ця ,где I_я - ток якоря; R_ця - сопротивление цепи якоря, равное сумме сопротивлений обмотки R_я и щеток. Так как по закону Ома I_я=U_я / R_н, то

. (5.15)

Уравнение (5.15) свидетельсвует о линейности выходной характеристики тахогенератора постоянного тока при постоянных магнитном потоке возбуждения и сопротивлении щеток.

На рис.5.7,б представлены выходные характеристики, соответствующие уравнению (5.15) для двух конечных значений сопротивления нагрузки R_н1 и R_н2, причем R_н1>R_н2.Однако выходная характеристика реального тахогенератора может отклоняться от линейной зависимости (5.15). Это объясняется двумя факторами:

1) возникновением при нагрузке тахогенератора потока якоря, нелинейно ослабляющего поток возбуждения при росте тока якоря. Следовательно, ЭДС якоря при нагрузке не является постоянной величиной для данной угловой скорости якоря, а зависит от нагрузки;

2) изготовлением тахогенераторов постоянного тока с графитовыми щетками. У тахогенераторов с графитовыми щетками постоянным является не сопротивление переходного контакта, а падение напряжения U_щ. Это соответствует характеру зависимости сопротивления графита от плотности тока в нем. В таком тахогенераторе напряжение на выводах якоря при нагрузке U_я=E_я-U_щ-I_яR_я .

Выходная характеристика, построенная с учетом размагничивающего действия реакции якоря и постоянства падения напряжения в щеточном контакте, показана на рис.5.7,б штрих- пунктирной линией. Как видно, характеристика нелинейная, т.е. появляется погрешность отображения функциональной зависимости. Характеристика начинается не из нуля, так как при малой угло¬вой скорости якоря ЭДС меньше падения напряжения в щетках и U_я=0. Это означает, что тахогенератор имеет зону нечувствительности Δ ω _зн – диапазон угловых скоростей ротора, в пределах которого выходное напряжение практически равно нулю.

У тахогенераторов постоянного тока при R_н>>R_я крутизна S_тг=3–100 мВ/(об/мин).

Погрешности и классы точности. Погрешность отображения функциональной зависимости, вызванная реакцией якоря, является принципиальной.

Для уменьшения погрешности целесообразно подключать на выход тахогенератора как можно большее нагрузочное сопротивление R_ном и использовать небольшой диапазон угловых скоростей якоря( ω ≤ 0.5 ω_ном ). Зона нечувствительности является конструктивной погрешностью тахогенераторов постоянного тока. Зона нечувствительности сужается при увеличении крутизны тахогенератора:

.

Значительное уменьшение Δ ω _зн достигается применением металлических щеток, у которых вольт-амперная характеристика линейная.

Преимущество тахогенераторов постоянного тока перед асинхронными – возможность получения меньшей погрешности отображения и более высокой крутизны. Однако имеется ряд недостатков, ограничивающих их применение: наличие скользящего контакта коллектор-щетки, значительно снижающего надежность машин; необходимость использования фильтров от радиопомех и для сглаживания пульсации выходного напряжения.

При оценке класса точности тахогенераторов постоянного тока используют два показателя: погрешность отображения функциональной зависимости и асимметрию. Асимметрия – отклонение выходных напряжений тахогенератора от среднего значения в режиме нагрузки при равных угловых скоростях и разных направлениях вращения ротора. Объясняется асимметрия погрешностью установки щеток .

Класс точности тахогенератора устанавливают по наихудшему из показателей. В зависимости от класса допустимая погрешность и асимметрия лежат в диапазоне 0,02–2,5%.

Динамические характеристики. В режиме, близком к холостому ходу, тахогенератор можно считать усилительным звеном, если входной величиной является угловая скорость, и идеальным дифференцирующим звеном, если входной величиной является угол поворота ротора. Передаточные функции тахогенератора для этих двух случаев будут иметь вид

, (5.16)

, (5.17)

где коэффициент передачи тахогенератора K_тг=S_тг.о.

В реальных условиях тахогенератор может работать с нагрузкой, что скажется на его динамических характеристиках.