Tachogeneratory — rodzaje, urządzenie i zasada działania

Słowo „tachogenerator” pochodzi od dwóch słów – od greckiego „tachos” oznaczającego „szybki” oraz od łacińskiego „generator”. Tachogenerator jest zmienną lub stałą elektryczną mikromaszyną pomiarową, która jest zamontowana na wale urządzenia i przetwarza aktualną wartość prędkości obrotowej wału na sygnał elektryczny, którego parametr niesie informację o częstotliwości wirowania.

Ten parametr może być generowane pole elektromagnetyczne lub wartość częstotliwości sygnału. Sygnał wyjściowy z tachogeneratora może być doprowadzony do wizualnego wyświetlacza (np. wyświetlacza) lub do urządzenia automatycznej regulacji prędkości obrotowej wału, na którym działa tachogenerator.

Tachogeneratory występują w kilku typach, w zależności od rodzaju sygnału generowanego na wyjściu: z sygnałem przemiennym napięciowym lub prądowym (tachogeneratory asynchroniczne lub synchroniczne) lub z sygnałem stałym.

Tachogenerator prądu stałego

Tachogenerator prądu stałego jest maszyną kolektorową wzbudzaną przez magnesy trwałe (częściej) lub przez cewkę wzbudzającą (rzadziej) umieszczoną na stojanie. Pomiarowy emf jest indukowany na uzwojeniu wirnika tachogeneratora i okazuje się być wprost proporcjonalny do prędkości kątowej obrotu wirnika, w rzeczywistości do szybkości zmiany strumienia magnetycznego, dokładnie zgodnie z z prawem indukcji elektromagnetycznej.

Sygnał wyjściowy — napięcie, którego wartość jest również wprost proporcjonalna do prędkości kątowej obrotu wirnika — jest usuwany przez szczotki z kolektora. Ponieważ praca polega kolektor i szczotki, taka jednostka podlega szybszemu zużyciu niż tachogenerator prądu przemiennego. Problem polega na tym, że zespół szczotkowo-zbierający w trakcie swojej pracy generuje szum impulsowy w sygnale wyjściowym takiego tachogeneratora.

Tak czy inaczej, sygnał wyjściowy tachogeneratora prądu stałego jest napięciem, co utrudnia dokładną konwersję napięcia na prędkość, ponieważ strumień odchylenia magnetycznego zależy od temperatury magnesów, od rezystancji elektrycznej w punkcie styku szczotek z kolektorem (który zmienia się w czasie), wreszcie — od rozmagnesowania magnesów trwałych w czasie.

Niemniej jednak w niektórych przypadkach tachogeneratory prądu stałego są wygodne ze względu na formę reprezentacji sygnału wyjściowego, jak również naturalne zjawisko odwracania biegunowości tego sygnału zgodnie ze zmianą kierunku obrotu wału.

Tachogeneratory prądu stałego charakteryzują się „współczynnikiem transformacji” St, który wyraża stosunek usuniętego napięcia Uout do częstotliwości wirowania Frot odpowiadającej danemu napięciu.Ten parametr jest określony w dokumentacji technicznej tachogeneratora i jest mierzony w miliwoltach pomnożonych przez obroty na minutę. Znając ten parametr i napięcie wyjściowe z tachogeneratora, możesz obliczyć aktualną częstotliwość za pomocą wzoru:

Silnik elektryczny z wbudowanym tachogeneratorem:

Asynchroniczny tachogenerator AC

Asynchroniczne tachogeneratory prądu przemiennego mają podobną konstrukcję do asynchronicznych silników klatkowych… Wirnik jest tutaj wykonany w formie wydrążonego cylindra (zwykle miedzianego lub aluminiowego), a stojan zawiera dwa uzwojenia ustawione względem siebie pod kątem prostym. Jedno z uzwojeń stojana jest uzwojeniem wzbudzenia, drugie uzwojeniem wyjściowym. Do cewki wzbudzenia doprowadzany jest prąd przemienny o określonej amplitudzie i częstotliwości, a cewka wyjściowa jest podłączona do urządzenia pomiarowego.

Kiedy wirnik wiewiórki obraca się, okresowo załamuje początkową prostopadłość strumieni magnetycznych dwóch cewek, w wyniku zniekształcenia obrazu pól magnetycznych, w cewce wyjściowej jest okresowo indukowana siła elektromotoryczna. Jeśli wirnik jest nieruchomy, strumień magnetyczny cewki wzbudzenia nie jest zniekształcony, aw cewce wyjściowej nie jest indukowana żadna siła elektromotoryczna. Tutaj wielkość generowanego pola elektromagnetycznego jest proporcjonalna do prędkości obrotowej wału.

Ponieważ prąd dostarczany do uzwojenia pola ma swoją własną częstotliwość, różną od prędkości obrotowej wału, taki tachogenerator nazywa się asynchronicznym. Taka konstrukcja umożliwia między innymi ocenę kierunku obrotów wirnika na podstawie fazy sygnału wyjściowego — przy zmianie kierunku obrotów następuje odwrócenie fazy.

Synchroniczny tachogenerator AC

Synchroniczne tachogeneratory to bezszczotkowe maszyny prądu przemiennego.Namagnesowanie wirnika jest wytwarzane przez magnes trwały, gdy na stojanie znajduje się jedno lub więcej uzwojeń. W takim przypadku zarówno amplituda sygnału wyjściowego, jak i jego częstotliwość będą proporcjonalne do prędkości obrotowej wału. Dane dotyczące prędkości można zatem mierzyć zarówno na podstawie wartości amplitudy (wykrywanie amplitudy), jak i bezpośrednio na podstawie częstotliwości (wykrywanie częstotliwości). Kierunku obrotów nie można jednak określić na podstawie sygnału wyjściowego tachogeneratora synchronicznego.

Wirnik synchronicznego tachogeneratora prądu przemiennego może być wykonany w postaci magnesu wielobiegunowego i dawać kilka impulsów z rzędu w sygnale wyjściowym na jeden obrót wału. Takie tachogeneratory, wraz z asynchronicznymi, mają dłuższą żywotność, ponieważ nie mają urządzenia do zbierania szczotek podatnego na zużycie mechaniczne.

Wykrywanie częstotliwości

Ponieważ częstotliwość wyjściowa synchronicznego tachogeneratora nie zależy od temperatury i innych czynników, pomiary częstotliwości za jego pomocą są dokładniejsze. Rachunek jest bardzo prosty, wystarczy znać liczbę par biegunów p wirnika:

Ale jest też niuans. Aby dokładność obliczeń była wystarczająco duża, konieczne jest wyznaczenie czasu, w którym teoretycznie prędkość może się już zmieniać, co oznacza, że ​​podczas liczenia impulsów błąd pomiaru wzrasta, co jest szkodliwe.

Aby zmniejszyć błąd pomiaru, wirnik jest wielobiegunowy, dzięki czemu obliczenia mogą być wykonywane szybciej, a reakcja układu sterowania może następować szybciej. Dla jednego bieguna częstotliwość oblicza się według następującego wzoru:

gdzie N to liczba odczytanych impulsów, T to okres zliczania impulsów

W przypadku tachogeneratora synchronicznego amplituda sygnału zmienia się w zależności od prędkości, dlatego przy projektowaniu detektora częstotliwości wyjściowej ważne jest uwzględnienie całego możliwego zakresu amplitud napięć wyjściowych tachogeneratora.

Detekcja amplitudy

Przy amplitudowej metodzie wyznaczania częstotliwości obwód detektora częstotliwości będzie prostszy, ale tutaj ważne jest uwzględnienie wpływu takich czynników jak: temperatura, zmiana szczeliny niemagnetycznej itp. Im wyższa częstotliwość , im większa amplituda sygnału wyjściowego, dlatego obwód detektora jest zwykle prostownikiem i Filtr dolnoprzepustowy, gdzie przelicznik mierzony w mV * obr/min pozwala określić częstotliwość za pomocą następującego wzoru:

Oprócz omówionych w artykule tradycyjnych typów tachogeneratorów, w nowoczesnych technologiach stosowane są również czujniki impulsowe. oparty na transoptorach, Czujniki Halla itp. Zaletą tachogeneratorów jest to, że w połączeniu z detektorem nie wymagają żadnych dodatkowych źródeł zasilania. Wady tradycyjnych tachogeneratorów typu maszynowego obejmują słabą czułość przy niskich prędkościach i wprowadzony moment hamowania.