Содержание отчета

В отчете должны быть представлены рабочая схема (см. рис. 9.8), таблица экспериментальных и расчетных данных, расчетные формулы, построены полученные графики.

В кратких выводах по работе следует проанализировать полученные характеристики и дать оценку результатам.

1. По экспериментальным данным определить для каждого отсчета угловую скорость вращения двигателя и момент (значение D указано на рабочем месте). Заполнить соответствующие графы приведенной выше таблицы.

2. Построить экспериментально снятые механические и регулировочные характеристики микродвигателя.

3. Определить КПД испытуемого микродвигателя для номинального режима как отношение

.

Номинальному режиму соответствуют , , .

Контрольные вопросы

1. Назначение, устройство и принцип работы асинхронного двухфазного микродвигателя с полым ротором, начертить эскиз его конструкции.

2. Как создается вращающееся магнитное поле в асинхронном микродвигателе при различных коэффициентах сигнала?

3. Как создается вращающий электромагнитный момент в двигателе и вид его механических характеристик?

4. Объясните вид регулировочных характеристик микродвигателя.

5. Как определяются в работе вращающий момент и скорость вращения испытуемого микродвигателя?

6. Как определяется в работе КПД микродвигателя?

Лабораторная работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТАХОГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы

Изучить конструкцию асинхронного (АТГ) и синхронного (СТГ) тахогенераторов и их основные рабочие характеристики, приобрести навыки в проведении испытания тахогенераторов.

Краткие теоретические и практические сведения

Тахогенератор – это электрическая микромашина, являющаяся датчиком угловой скорости вращения механизмов и узлов. Тахогенератор преобразовывает механическое перемещение (вращение вала) в электрический сигнал (выходное напряжение).

Вал тахогенератора жестко соединен с валом механизма, информацию о скорости вращения которого необходимо получить.

С выходной обмотки тахогенератора снимается напряжение, прямо пропорциональное угловой скорости вращения. Поэтому основной зависимостью для тахогенераторов является выходная характеристика – зависимость напряжения U от скорости вращения ротора (рис. 10.1).

К выходной характеристике предъявляется, прежде всего, требование линейности , где и – постоянные величины, – угол поворота вала ротора.

Тахогенераторы по роду напряжения подразделяют на тахогенераторы постоянного и переменного токов. Тахогенераторы переменного тока могут быть синхронными или асинхронными. Все тахогенераторы в целях уменьшения погрешностей должны работать в режимах, близких к холостому ходу, т. е. на высокоомную нагрузку.

В качестве примера использования тахогенераторов в авиационном оборудовании можно привести тахогенераторные датчики в системах измерения скоростей вращения авиадвигателей. Кроме того, асинхронные тахогенераторы постоянного тока широко используют в следящих системах автоматики как датчики в цепях обратной связи, а также в электрических счетно-решающих устройствах для дифференцирования механических величин и получения результата в виде электрического напряжения.

Т ахогенераторы постоянного тока и синхронные тахогенераторы по принципу работы не отличаются от соответствующих обычных небольших генераторов (уровень мощности от доли ватт до нескольких десятков). Вместо полюсов с обмотками возбуждения в них обычно используют постоянные магниты.

Электрическая схема тахогенератора постоянного тока показана на рис. 10.2, а синхронного тахогенератора – на рис. 10.3.

ЭДС тахогенератора постоянного тока, как известно, равна , где С – постоянная, – магнитный поток. Основной недостаток тахогенератора постоянного тока – наличие скользящих контактов «щетка-коллектор».

ЭДС синхронного тахогенератора , где w – число витков обмотки; – обмоточный коэффициент, – амплитудное значение магнитного потока; – частота ЭДС.

Недостаток синхронного тахогенератора – зависимость частоты выходной ЭДС от скорости вращения . Изменение частоты ЭДС и тока нагрузки приводит к изменению индуктивной и емкостной составляющих нагрузочного сопротивления, а также индуктивного сопротивления обмоток самого тахогенератора. Поэтому синхронные тахогенераторы не обеспечивают линейную выходную характеристику и применяются только в качестве датчиков тахометров.

А синхронный тахогенератор (рис. 10.4) не имеет скользящих контактов, частота его выходной ЭДС постоянна и не зависит от скорости вращения ротора.

Конструктивно асинхронный тахогенератор аналогичен двухфазному асинхронному исполнительному микродвигателю. Он имеет полый немагнитный ротор и две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре. Одна обмотка (обмотка возбуждения В) запитывается переменным напряжением и создает пульсирующий магнитный поток.

В генераторной обмотке снимается выходное напряжение тахогенератора.

Н а рис. 10.5 схематично показана конструкция асинхронного тахогенератора. Он состоит из корпуса 1, внешнего сердечника статора 2 с обмотками 3, полого немагнитного ротора 4 и внутреннего сердечника статора 5. На рис. 10.5 также изображены конструктивные элементы – подшипниковые крышки 6 и ось 7. Внутренний сердечник статора – магнитопровод, который уменьшает магнитное сопротивление на пути рабочего магнитного потока.

Чтобы объяснить принцип работы асинхронного тахогенератора, рассмотрим в начале физические процессы в тахогенераторе при неподвижном роторе ( ). Ток обмотки возбуждения создает пульсирующий по продольной оси d магнитный поток , который пронизывает ротор и наводит в контурах ротора трансформаторную ЭДС (рис. 10.6). Контуры токов ротора от трансформаторной ЭДС располагаются в плоскостях, перпендикулярных продольной оси d и оси потока возбуждения . Эти токи создают поток ротора , направленный навстречу потоку возбуждения и несколько ослабляющий его. По оси генераторной обмотки (оси q) поток при неподвижном роторе отсутствует, и в идеально выполненном тахогенераторе ЭДС в генераторной обмотке при не наводится ( ). Однако из-за несовершенства технологии небольшая ЭДС в генераторной обмотке наводится и при неподвижном роторе. Его называют остаточный ЭДС тахогенератора.

П ри вращении полый немагнитный ротор ( ) пересекает пульсирующий по оси d магнитный поток возбуждения , поэтому в них, помимо трансформаторной ЭДС, находится еще ЭДС вращения (рис. 10.7).

Эта ЭДС имеет частоту пульсирующего потока (частоту питающей сети), а величина ее прямо пропорциональна скорости вращения ротора ( ), причем ( – частота тока питающей сети).

Под действием ЭДС вращения по ротору протекают пульсирующие во времени токи, контуры которых находятся в плоскостях, параллельных оси потока возбуждения d. Эти токи создают свой магнитный поток ротора , направленный по поперечной оси тахогенератора q. Поток также пульсирует с частотой , его амплитуда пропорциональна скорости вращения ротора. Пронизывая генераторную обмотку, поток наводит в ней ЭДС тахогенератора. Таким образом, частота этой ЭДС равна частоте сети, а амплитуда и действующее значение пропорциональны скорости вращения ротора , где – коэффициент пропорциональности.

Тахогенераторы используют для получения с помощью указателей визуальной информации о скорости вращения в специальных схемах автоматики. При этом их генераторные обмотки могут быть подключены к схемам, имеющим различный характер входного сопротивления (активный, индуктивный и емкостный). В зависимости от характера сопротивления нагрузки, которую питает генераторная обмотка, крутизна выходной характеристики тахогенератора существенно изменяется (рис. 10.8). При индуктивном характере нагрузки выходное напряжение меньше, а при емкостном – больше, чем при чисто активной нагрузке.

К ачественно это можно объяснить с помощью векторных диаграмм (рис.10.9).

П ри индуктивном характере нагрузки ток генераторной обмотки создает магнитное поле , ослабляющее поток . Поэтому результирующий поток по оси q уменьшается. Уменьшается и напряжение на зажимах выходной обмотки.

При емкостном характере нагрузки, когда ток опережает ЭДС на , магнитный поток, созданный током генераторной обмотки, усиливает поток . Поэтому результирующее напряжение выходной обмотки увеличивается. Возрастает и крутизна выходной характеристики тахогенератора.