Лекция 20.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, от угловой скорости wякоря при Ф=const и R_H=const.

Электродвижущая сила якоря Ея прямо пропорциональна магнитному потоку возбуждения и угловой скорости якоря. На основании (2.2) при постоянном магнитном потоке

где S_тг.о=кФ_в крутизна тахогенератора при х.х.; Q - 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_H= ¥).

При подключении обмотки якоря к прибору или устройству с конечным значением входного сопротивления выходное напряжение будет меньше ЭДС якоря. Уравнение равновесия ЭДС и напряжений 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_я, то

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 ищ. Это соответствует характеру зависимости сопротивления графита от плотности тока в нем. В таком тахогенераторе напряжение на выводах якоря при нагрузке U_я=E_я-I_яR_ця.

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 угловой скорости якоря ЭДС меньше падения напряжения в щетках и U_я =0. Это означает, что тахогенератор имеет зону нечувствительности Dw_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_н и использовать небольшой диапазон угловых скоростей якоря(w£0.5<wном). Зона нечувствительности является конструктивной погрешностью тахогенераторов постоянного тока. Зона нечувствительности сужается при увеличении крутизны тахогенератора:

Значительное уменьшение Dw_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

где коэффициент передачи тахогенератора K_тг=S_тг.о. В реальных условиях тахогенератор может работать с нагрузкой, что скажется на его динамических характеристиках.