4.4.2 Асинхронний тахогенератор

Асинхронний тахогенератор широко застосовується в системах автоматики і лічильно-вирішальних пристроях. Конструкція такого тахогенератора аналогічна виконавчому двофазному асинхронному двигуну з порожнистим ротором, принципова електрична схема якого наведена на рис. 4.4.2.

Рис. 4.4.2

До обмотки cтатopa підводиться незмінна по амплітуді і частоті напруга збудження . Друга обмотка статора є генераторною і з її затискачів знімається вихідний сигнал .

У загальному випадку генераторна обмотка замкнута на зовнішній опір навантаження . При нерухомому роторі магнітний потік, створений МРС обмотки пронизує ротор і наводить у ньому трансформаторну ЕРС . Тому що ротор короткозамкнений, у ньому тече струм і створюється магнітний потік, що має напрямок, протилежний потоку обмотки . Отже, по осі обмотки тахогенератора встановлюється результуючий магнітний потік , пульсуючий із частотою напруги збудження. При цьому ЕРС у генераторній обмотці дорівнює нулю тому, що вектор магнітного потоку перпендикулярний осі цієї обмотки.

При обертанні ротора тахогенератора зі швидкістю , через симетрію ротора тахогенератора, процес наведення трансформаторної ЕРС не зміниться. По осі обмотки діє пульсуючий потік . Ротор обертається в полі цього потоку і у ньому наводиться ЕРС обертання , величина якої визначається за формулою:

, (4.4.4)

де К ‑ конструктивний коефіцієнт.

З (4.4.4) видно, що при ЕРС є лінійною функцією швидкості ротора і пульсує із частотою f напруги збудження. Під дією ЕРС обертання в порожньому роторі тече струм і створюється магнітний потік , спрямований по осі генераторної обмотки . Оскільки величина струму пропорційна ЕРС , то створений цим струмом магнітний потік по величині прямо пропорційний швидкості обертання ротора . Частота пульсації співпадає із частотою ЕРС и напруги збудження. Магнітний потік індукує у генераторній обмотці статора трансформаторну ЕРС , що діюче значення якої визначається рівнянням

, (4.4.5)

де ‑ число витків генераторної обмотки; ‑ обмотувальний коефіцієнт генераторної обмотки.

Частота вихідної ЕРС збігається із частотою потоку і напруги збудження і не залежить від швидкості обертання ротора . Це дозволяє застосовувати асинхронні тахогенератори в системах, що працюють при постійній частоті.

Оскільки величина прямо пропорційна швидкості обертання ротора , вираз (4.4.5) перетвориться:

, (4.4.6)

де ; ‑ коефіцієнт, що залежить від конструктивних параметрів і напруги збудження тахогенератора.

З виразу (4.4.6) випливає, що вихідна ЕРС тахогенератора прямо пропорційна швидкості обертання ротора тахогенератора. При прийнятому допущенні про незмінність величини потоку від швидкості залежність є лінійною.

У дійсності вихідна характеристика асинхронного тахогенератора відхиляється від лінійної залежності, тому що магнітний потік трохи зменшується при збільшенні швидкості обертання ротора . Це пояснюється тим, що під дією потоку в обертовому роторі наводиться додаткова ЕРС обертання . Тому що величина потоку пропорційна швидкості обертання ротора, то величина пропорційна вже квадрату швидкості . Отже, створений нею струм і магнітний потік буде нелінійно зменшувати потік при збільшенні швидкості обертання.

При навантаженні, коли тахогенератор включений на зовнішній опір , вихідна напруга визначається формулою:

(4.4.7)

Враховуючи, що асинхронний тахогенератор у більшості практичних випадків працює при великих опорах навантаження, то аналіз його роботи можна вести як для режиму холостого ходу і рівняння вихідної характеристики прийме вигляд:

(4.4.8)

Ця залежність показана на рис. 4.4.3.

_{Рис. 4.4.3}

У системах високої точності необхідно враховувати наявність фазової похибки асинхронних тахогенераторів, яка являє собою відхилення фази генераторної обмотки від її номінального значення при зміні швидкості, температури, напруги і частоти мережі. Зниження похибки асинхронних тахогенераторів забезпечується за рахунок стабілізації напруги і частоти збудження, вмикання в кола w_З i w_Г компенсаційних терморезисторів, зменшення струму навантаження. Слід мати на увазі, що найменша амплітудна похибка спостерігається при ємнісному навантаженні, а найменша фазова похибка - при індуктивному.

Для зменшення нелінійності характеристики тахогенератор вибирають із діапазоном швидкостей .

Динамічні властивості асинхронного тахогенератора відповідають характеристикам аперіодичної ланки першого порядку.

Повна амплітудна похибка асинхронних тахогенераторів при максимальній швидкості лежить у межах від часток до одиниць процентів. Коефіцієнт передачі становить 1...10 мВ/об/хв. Значення залишкової ЕРС (при нерухомому роторі) звичайно не перевищує 0,1% максимального значення вихідної напруги.