Тахогенераторы

К числу специальных электрических машин, работающих в режиме генератора, относятся: электромашинные усилители, тахогенераторы, электромашинные преобразователи частоты, напряжения и рода тока (постоянный в переменный и наоборот), регуляторы фазы и напряжения и другие.

Из электромашинных преобразователей в настоящее время наибольшее распространение получили преобразователи частоты 50 Гц в стандартные частоты 400, 800 Гц, используемые для питания специального электропривода, вычислительных машин.

Преобразователь частоты — это двухмашинный агрегат, состоящий из двигателя и синхронного генератора, выполненных в одном корпусе.

Преобразователи рода тока, а также для получения более высоких частот в настоящее время в основном заменены полупроводниковыми преобразователями. Регуляторы фазы и напряжения (однофазные и трехфазные) выполняются на базе асинхронных машин, у которых заторможен ротор.

Электромашинные усилители продольного и поперечного поля используются как усилители мощности. Основными их преимуществами по сравнению с магнитными и электронными усилителями являются: возможность получения большой мощности, высокий коэффициент усиления, сравнительно малые габариты, а по сравнению с магнитными усилителями более высокое быстродействие.

Электромашинный усилитель поперечного поля (ЭМУ) представляет собой специальный двухполюсный генератор постоянного тока, в котором поперечный поток якоря используется как главный поток возбуждения. Электрическая схема электромашинного усилителя приведена на рис. 168.

В отличие от обычных двухполюсных машин постоянного тока электромашинный усилитель имеет четыре щетки: две поперечные q₁—q2) и две продольные (d₁—d₂). Ось продольных щеток расположена по оси полюсов; ось поперечных щеток перпендикулярна оси полюсов. Поперечные щетки закорочены, а к продольным подсоединяется нагрузка.

Магнитная система электромашинного усилителя неявнополюсная: статор набирается из штампованных колец электротехнической стали с пазами для обмоток. В пазах статора уложена компенсационная обмотка КО, обмотка дополнительных полюсов ЦП и обмотки управления ОУ.

Компенсационная обмотка и обмотка дополнительных полюсов включены последовательно в цепь продольных щеток. К выходным зажимам этой цепи подключается нагрузка R_н (например, исполнительный двигатель).

Принцип работы электромашинного усилителя состоит в следующем. Небольшой ток в обмотке управления вызывает относительно небольшой магнитный поток, направленный по оси полюсов. На поперечных щетках электромашинного усилителя при вращении якоря наводится небольшая эдс, а при замыкании накоротко цепи поперечных щеток создается сравнительно большой ток. Ток в короткозамкнутом якоре возбуждает достаточно большой поперечный магнитный поток Ф_q, ось которого перпендикулярна к оси главных полюсов.

Под действием сильного поперечного поля якоря (неподвижного в пространстве) в секциях его обмотки возбуждаются значительные эдс, в результате чего на продольных щетках возникает напряжение U_d.

Отношение мощности, переданной нагрузке Р_н=U_dI_d к мощности управления Р_у=U_yI_y называется коэффициентом усиления k_y = Р_н/Р_у.

Коэффициент усиления при работе электромашинного усилителя на нагрузку вследствие размагничивающего действия продольной составляющей потока реакции якоря Ф_d будет очень мал. Во избежание этого электромашинные усилители снабжаются компенсационной обмоткой КО, включенной последовательно с нагрузкой, для создания потока Ф_к, компенсирующего продольный поток реакции якоря Ф_д. При изменении нагрузки (вплоть до номинальной) потоки Ф_d и Ф_к должны быть примерно равны по абсолютной величине и направлены навстречу друг другу. Плавная регулировка потока Ф_к (тока I_к) осуществляется с помощью переменного резистора R_к, шунтирующего компенсационную обмотку.

Дополнительные полюсы служат для улучшения коммутации. Коэффициент усиления по мощности электромашинного усилителя может достигать 1000 и более.

Тахогенератор — это электрическая микромашина, служащая в качестве измерительного преобразователя частоты вращения в электрическое напряжение. Если ротор тахогенератора имеет частоту вращения п. то эдс на выходе тахогенератора пропорциональна частоте вращения:

Вольтметр, измеряющий эдс, может быть отградуирован непосредственно в оборотах в минуту. Эдс на выходе тахогенератора пропорциональна первой производной от угла поворота α по времени:

Приведенные выражения показывают способность тахогенераторов измерять ускорение и решать задачу дифференцирования.

Тахогенераторы применяют для контроля за частотой вращения различных машин и механизмов; получения демпфирующих и форсирующих сигналов в системах автоматического регулирования; при вычислительных операциях в счетно-решающих системах; для исследования процессов разбега двигателей различных типов, т. е. для снятия кривой зависимости частоты вращения от времени: п=f(t).

Тахогенераторы могут быть постоянного и переменного (асинхронные и синхронные) тока.

В зависимости от назначения требования к выходным характеристикам U(n) тахогенераторов различны. Так, для тахогенераторов, предназначенных для работы в качестве элементов обратной связи, не требуется высокая точность, но необходима большая крутизна выходной характеристики.

Тахогенераторы, предназначенные для измерения частоты вращения, должны иметь высокую точность и линейность выходной характеристики.

Тахогенераторы постоянного тока конструктивно представляют собой обычный генератор постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов.

Максимальная частота вращения тахогенераторов постоянного тока составляет 1000—7000 об/мин; крутизна выходной характеристики 10—100 мВ/об/мин; отклонение от линейности при максимальной скорости 0,5—3%.

Асинхронные тахогенераторы (АТГ) выполняются в виде асинхронной машины с полым ротором.

Главным техническим показателем работы асинхронного тахогенератора является линейность выходной характеристики U(п). Нелинейность выходной характеристики обусловлена непостоянством потока возбуждения и сопротивления ротора при изменении частоты вращения. Крутизна выходной характеристики тахогенератора составляет 1 —10 мВ/об/мин.

По сравнению с тахогенераторами переменного тока тахогенераторы постоянного тока имеют ряд существенных недостатков: наличие скользящих контактов между коллектором и щетками; коммутацию и связанные с ней явление искрения под щетками; необходимость устройства фильтров для подавления радиопомех; сложность конструкции; более высокую стоимость.

Однако применение тахогенераторов постоянного тока оправдывается прежде всего их большой выходной мощностью. Существенным достоинством тахогенератора с постоянными магнитами является отсутствие источника энергии для возбуждения.

Асинхронные тахогенераторы отличаются простотой конструкции, а также возможностью применения промежуточных трансформаторов, что позволяет получить любое выходное напряжение и при необходимости даже несколько потенциально несвязанных выходных напряжений. Частота выходного напряжения асинхронного тахогенератора постоянна и не зависит от частоты вращения. Недостатком асинхронных тахогенераторов является малая мощность выхода (до 2—3 Вт), поэтому они часто работают с усилителями мощности.

Основные понятия о работе электрических