Тахогенераторы постоянного тока

Микромашины постоянного тока

Представляют собой небольшие генераторы с независимым возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов. Конструктивно не отличаются от обычных машин постоянного тока малой мощности.

Принципиальная схема тахогенератора представлена на рисунке 4.1.1:

Рисунок 4.1.1

Входное напряжение тахогенератора изменяется по закону:

a - угол поворота;

k – постоянная величина.

n- частота вращения якоря.

Основным требованием к тахогенераторам является линейность выходной характеристики.

Тахогенераторы служат для преобразования механического перемещения в электрический сигнал – U_ВЫХ.

Выходное напряжение тахогенератора U_Г может быть выражено как напряжение обычного генератора постоянного тока, через ЭДС якоря Е_а, падение напряжения в обмотке якоря () и падение напряжения на щеточном контакте DU_Щ.

(1)

следует выразить ЭДС якоря через магнитный поток и частоту вращения якоря:

(2) А ток якоря, выразить через напряжение на выходе и сопротивление нагрузки R_НГ.

(3)

Подставив в (1), можно получить:

(4),

проведя преобразования, можно записать:

(5)

Если пренебречь падением напряжения на щеточном контакте, (т.е. принять DU_Щ=0) выражение выходного напряжения примет вид:

(6)

При постоянных потоке, сопротивлении якоря и нагрузки(Ф=const, r_a=const, R_НГ=const)

, т.е. прямо пропорционально частоте вращения.

Зависимость напряжения на выходе тахогенератора U_Г от частоты вращения якоря n называется выходной характеристикой.

Отклонение обозначается через k и называется крутизной выходной характеристики: .

На рисунке 4.1.2 представлены выходные характеристики тахогенератора постоянного тока. Чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше крутизна.

(холостой ход)

Наибольшая крутизна при R_НГ=µ, с уменьшением R_НГ, крутизна уменьшается (кривые 1 и 2):

В реальном тахогенераторе DU_Щ¹0, поэтому выходная характеристика пересекает ось ординат не в начале координат, а в точке U’_Г (прямая 3): за счет падения напряжения на щеточном контакте.

(7)

При n=0…n_min – зона нечувствительно­сти. В этой зоне прибор не покажет напряжение.

Границу зоны нечувствительности можно определить, подставив в (7) U_Г=0 и выразив n:

Рисунок 4.1.2

Наличие зоны нечувствительности является большим недостатком

тахогенераторов постоянного тока.

Для уменьшения зоны нечувствительности уменьшают сопротивление щеточного контакта r_щ.

например, применяют металлографитовые щетки.

Если магнитная система тахогенератора насыщена и R_НГ невелико, то магнитный поток Ф тахогенератора не остается постоянным при работе. Он уменьшается на величину DФ с увеличением частоты n за счет размагничивающего действия реакции якоря. Выходная характеристика тахогенератора отклоняется от прямолинейной - кривая 4.

Таким образом, у тахогенератора появляется погрешность, которая доходит до 3%. Чтобы устранить погрешность, вызванную реакцией якоря, уменьшают насыщение тахогенератора.

Но уменьшение насыщения приводит к появлению температурной погрешности, т.е. с температурой меняется сопротивление обмотки возбуждения (за счет электрических потерь и внешних воздействий).

Изменение сопротивления обмотки возбуждения приводит к изменению тока возбуждения

, т.е. .

Поток зависит от тока I_В: , т.е. тоже и , что ведет к изменению крутизны выходной характеристики.

Чтобы устранить температурную погрешность необходимо поддерживать постоянный магнитный поток. Это достигается двумя путями:

1. Выполнить машину насыщенной.

Если тахогенератор не насыщен, то изменение тока на DI_В ведет к большому изменению ЭДС (рис. 4.1.3).

При насыщении стремится к нулю. Но при этом увеличиваются размеры обмотки возбуждения, т.е. масса машины. Кроме того, насыщение увеличивает размагничивающее действие реакции якоря, что

рисунок 4.1.3 недопустимо при больших токах якоря.

2. Включить добавочное сопротивление r_д, не зависящее от температуры (последовательно с обмоткой возбуждения).

так, чтобы , т.е.

, следовательно

В последнее время выпускают тахогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Достоинства таких тахогенераторов: Нет обмотки возбуждения, следовательно, температурная погрешность

(от изменения r_a) незначительная. Тахогенератор (рисунок 4.1.4) не требует источника питания, может использоваться там, где нет электропитания. Постоянный магнит обеспечивает большую стабильность магнитного потока.

Недостаток: изменение характеристик тахогенератора в связи со старением постоянных магнитов, особенно при эксплуатации в условиях тряски, вибрации.

Рисунок 4.1.4

Достоинства тахогенераторов постоянного тока:

1. Полное отсутствие фазовой погрешности и влияния на показатели характера нагрузки(индуктивной, активной, емкостной) – на величину выходного напряжения(т.к. работает на постоянном токе).

2. Высокая линейность выходной характеристики.

3. Малые габариты и масса при увеличении выходной мощности.

Недостатки тахогенераторов постоянного тока:

1. Нестабильность выходной характеристики из-за изменения переходного сопротивления контактов.

2. Появление зоны нечувствительности при малых частотах вращения якоря.

3. Несимметрия выходной характеристики – неравенство напряжения при вращении якоря в различных направлениях.

Возникает при неточности установки щеток на геометрической нейтрали, а также за счет смещения щеток в процессе эксплуатации.

Ошибка асимметрии выходного напряжения обычно выражается в процентах:

U_ПР – напряжение при правом вращении якоря;

U_Л – напряжение при левом вращении якоря с одинаковой частотой.

4.2 Исполнительные двигатели постоянного тока.

Используются для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение вала.

Достоинства:

1. Высокое использование активных материалов машины КПД=40…70%.

2. Отсутствие самохода.

3. Устойчивая механическая характеристика независимо от параметров машины.

4. Высокая степень линейности характеристик.

5. Хорошее быстродействие.

6. Возможность получения теоретически любых частот вращения.

7. Возможность просто, плавно, экономично и в широком диапазоне регулировать частоту вращения.

8. Значительный пусковой момент.

9. Малые габариты и масса по сравнению с использованными двигателями постоянного тока.

Недостаток:

Наличие скользящего контакта между щетками и коллектором приводит к снижению надежности.

Конструктивно исполнительные двигатели постоянного тока представляют собой коллекторную машину, у которой обмотка якоря и обмотка возбуждения питаются от двух независимых источников питания. В исполнительных двигателях нет дополнительных полюсов, т.к. реакция якоря невелика и коммутация удовлетворительная.

Исполнительные двигатели работают в основном в переходном режиме, т.е. для них характерны частотные пуски, остановки, реверсы.

По способу управления различают исполнительные двигатели с якорным и полюсным управлением.

Дата добавления: 2014-01-13