Czujniki prędkości

Tachogeneratory — maszyny elektryczne prądu stałego i przemiennego małej mocy — są stosowane jako czujniki prędkości obrotowej w systemach automatyki. Mostki obrotomierza służą do zamiany prędkości obrotowej silników elektrycznych na napięcie.

Tachogeneratory prądu stałego

Tachogeneratory prądu stałego, w zależności od sposobu wzbudzenia, są dwojakiego rodzaju: magnetoelektryczne (wzbudzane magnesami trwałymi) i elektromagnetyczne (wzbudzane specjalną cewką) (ryc. 1 a, b).

Napięcie wyjściowe tachogeneratora przy stałym prądzie wzbudzenia Uout = E — IRi = tutajω — IRI am

gdzie Ce = (UI am — II amRI am)/ω — stała maszynowa określona na podstawie danych paszportowych.

Na biegu jałowym (I= 0) napięcie Uout = E = Ceω... Dlatego charakterystyka statyczna tachogeneratora Uout = e (ω) na biegu jałowym jest liniowa, ponieważ Ce = const (linia prosta I, ryc. 1, c) .

Ryż. 1. Czujniki obrotowe (prądnice tachometryczne prądu stałego): a) ze wzbudzeniem magnesem trwałym, b) ze wzbudzeniem elektromagnetycznym, c) charakterystyka statyczna

Pod obciążeniem charakterystyka statyczna staje się nieliniowa (krzywa 2).zmienia się jego nachylenie, co jest konsekwencją reakcji twornika i spadku napięcia w uzwojeniu twornika tachogeneratora. W prawdziwych tachogeneratorach występuje spadek napięcia na szczotkach, co prowadzi do pojawienia się niewrażliwości na młodość (krzywa 3).

Aby zmniejszyć zniekształcenie charakterystyk statycznych tachogeneratorów, stosuje się je przy niskich obciążeniach (Azn = 0,01 — 0,02 A). Prąd obwodu twornika Azi = E / (Ri + Rn) i napięcie wyjściowe Uout = E — IRi = tutajω — IRI am.

Tachogeneratory prądu stałego są szeroko stosowane w systemach automatycznego sterowania napędami elektrycznymi, takimi jak czujniki prędkości. Ich zaletami są mała bezwładność, duża dokładność, niewielkie rozmiary i waga, a dla magnetoelektrycznych tachogeneratorów brak jest również źródła zasilania. Wadą jest obecność kolektora ze szczotkami.

Tachogeneratory prądu przemiennego

Synchroniczne tachogeneratory to jednofazowa maszyna synchroniczna z wirnikiem w postaci magnesu stałego (ryc. 2, a) W synchronicznych tachogeneratorach ze zmianą prędkości kątowej częstotliwość napięcia wyjściowego również zmienia się wraz z amplitudą. Charakterystyki statyczne są nieliniowe. Dynamicznie synchroniczne tachogeneratory to elementy nieinercyjne.

Asynchroniczny tachogenerator to dwufazowa maszyna asynchroniczna z wydrążonym niemagnetycznym wirnikiem (ryc. 2, b). Na stojanie asynchronicznego tachogeneratora znajdują się dwa uzwojenia przesunięte o 90 (wzbudzenie OF i generatora spalin). Cewka OB jest podłączona do źródła prądu przemiennego.

Ryż. 2. Prądnice obrotomierza prądu przemiennego: a — synchroniczne, b — asynchroniczne

Pole elektromagnetyczne jest indukowane w cewce wydechowej, która jest wyjściem, gdy wirnik się obraca. transformacja i rotacja.Pod wpływem siły elektromotorycznej wyjście tachogeneratora obraca się i pojawia się napięcie Uout.

Charakterystyka statyczna asynchronicznego tachogeneratora jest również nieliniowa. Podczas zmiany obrotu wirnika faza napięcia wyjściowego zmienia się o 180 °.

Asynchroniczne tachogeneratory są stosowane jako czujniki prędkości kątowej, prędkości obrotowej i przyspieszenia. W drugim przypadku cewka wzbudzenia asynchronicznego tachogeneratora jest podłączona do źródła prądu stałego.

Zaletami asynchronicznych tachogeneratorów są niezawodność, niska bezwładność Wady — obecność szczątkowego pola elektromagnetycznego na wyjściu. ze stacjonarnym wirnikiem, stosunkowo duże gabaryty.

Mostki tachometryczne

Mostki tachometru prądu stałego i przemiennego są stosowane w systemach automatyki do dostarczania informacji zwrotnej o prędkości obrotowej silników elektrycznych. Pozwala to uprościć system, ponieważ nie ma potrzeby stosowania dodatkowej maszyny elektrycznej - tachogeneratora. Zmniejsza to statyczne i dynamiczne obciążenie silnika wykonawczego.

Mostek tachometryczny prądu stałego jest specjalnym obwodem mostkowym (ryc. 3, a), w jednym z ramion, w którym znajduje się zwora silnika Ri, aw innych - rezystory R1, R2, Rp. Napięcie sieciowe U jest przykładane do przekątnej ab mostka, który zasila twornik silnika, a napięcie jest usuwane z przekątnej cd U nieproporcjonalnie do prędkości kątowej ω.

Ryż. 3. Mostek tachometru prądu stałego (a) i bezdotykowe urządzenie do pomiaru prędkości obrotowej silnika asynchronicznego (b)

Jeśli w obwodzie wyjściowym nie ma prądu, to

Rozwiązując wspólny układ równań, otrzymujemy

Napięcie wyjściowe mostka obrotomierza

gdzie Ktm jest współczynnikiem transmisji mostka obrotomierza.

Błąd mostka obrotomierza wynosi ± (2 — 5)%. Dynamiczne mostki tachometru DC są sprzężeniami nieinercyjnymi.

Do kontrolowania prędkości wirnika asynchronicznego silnika elektrycznego stosuje się bezdotykowe urządzenie pomiarowe (ryc. 3, b), zawierające przekładnik pomiarowy prądu TA i telewizor z napięciem.