Курсовая работа: Тахометрические датчики

Реакция якоря вызывает искривление силовых линий поля к приводит к смещению нейтральной линии в направлении дви­жения. Поскольку э.д.с. снимается с неподвижных щеток, установленных на первоначально нейтральной линии (/=0), ее величина ускоренно убывает с ростом тока .

Эксплуатационные параметры. На холостом ходу (/=0) э. д. с. генератора определяется общим выражением

где фо — поток, вызванный индукцией, ke и km — постоянные па­раметры генератора.

Когда генератор соединен с нагрузкой R, он отдает ток /, который вызывает внутреннее падение напряжения RJf где Ri — сопротивление якоря, и реакцию якоря, которая уменьша­ет э.д.с. генератора тем больше, чем больше величина тока. Обозначая k, величину, характеризующую реакцию якоря, можно написать

или

где еь и Rb зависят от материалов контактов щетка — коллек­тор.

Для совокупности генератора с нагрузкой получаем соотно­шение

или

откуда следуют выражения для тока в нагрузке

Из полученного для V выражения можно заключить, что:

—генератор имеет «мертвую зону», а напряжение возника­ет только при скоростях выше еь1ке\ щетки должны быть уста­новлены таким образом,    чтобы   минимизировать   контактную разность потенциалов eyt напряжение U не является строго линейной функцией от  вследствие реакции якоря;   при тахометрическом использо­вании в режиме генератора нелинейность может быть умень­шена путем: а) минимизации тока / за счет использования по­вышенного сопротивления нагрузки;  б)  ограничения скорости вращения; в)  использования таких типов обмотки ротора, ко­торые дают малую реакцию якоря. Напряжение, получаемое в режиме генератора, обычно ха­рактеризуют величиной э.д.с. при скорости вращения 1000 об/ мин и обозначают через Ке.

Линейность характеристики тахометра оценивают с исполь­зованием максимальной разницы при 3600 об/мин между на­пряжением, измеренным на холостом ходу UM, и напряжением Uс, вычисленным в предположении линейности генератора, т.е. £/с=3,6 Ке- Полагают, следовательно, что

Реакция якоря зависит от направления вращения, посколь­ку она приводит к смещению нейтральной линии в направле­нии вращения; для равных, но противоположно направленных скоростей вращения потоки, действующие на ротор, не одина­ковы и, таким образом, соответствующие э.д.с. не точно сим­метричны.

Пусть Ке и Ке—э.д.с. холостого хода при 1000 об/мин для каждого направления вращения; асимметрия кривой £/=/(о>) при этом характеризуется двусторонним допуском

Напряжение U, вырабатываемое генератором, не является строго постоянным; оно содержит переменные составляющие, обусловленные а) возможным эксцентриситетом ротора и не­однородностью его магнитных свойств, что приводит к пульса­циям с частотой ш/2л; б) явлениями, связанными с коммутаци­ей пластин коллектора и вызывающими биение частоты лс<о/2я, где Uс — число пластин.    Такие пульсации можно в принципе ослабить с помощью фильтров LC или RC, хотя на малых ско­ростях вращения может возникнуть проблема с составляю­щей и. Степень модуляции напряжения на выходе генератора вследствие биения характеризуется величиной В для данной скорости вращения:

где Аи — размах колебаний напряжения U.

Типы конструкций. Чтобы избежать использования дополни­тельного источника питания обмотки возбуждения, индуктор выполняют на постоянных магнитах. Укажем обычно исполь­зуемые материалы и порядок величин их остаточной индукции Вг и коэрцитивного поля Не. Твердые ферриты из смеси металлических оксидов: Вг— =0,2-5-0,4 Тл; Яс= ЮО-г-250 кА/м; альнико (сплав железо — никель — кобальт — алюминий — медь): £,=0,8-М,3 Тл; с=504-80 кА/м; тиконал (сплав типа альнико с добавкой титана): Br=0,7-f--т-0,8 Тл; #с=120-г160 кА/м; кобальт—самарий (редкоземельный элемент): Вг=0,8-г-4-1,0 Тл; Яс=600н-700 кА/м. В противоположность альнико и тиконалу магниты из фер­ритов или редкоземельных металлов не размагничиваются при демонтаже; зато альнико и тиконал малочувствительны к тем­пературам. Классификация в порядке возрастания цены сле­дующая: феррит, альнико, тиконал, редкие земли.

Роторы бывают трех видов — катушечные, колоколообразные, дискоидальные.

Генератор с катушечным ротором позволяет вы­рабатывать относительно большое напряжение в несколько десятков вольт.  Однако реакция якоря может искажать линей­ность, а значительная индуктивность обмотки L ухудшает элек­трическое быстродействие, определяемое постоянной времени L/R; значительной является и механическая инерция. Колоколообразный ротор образуется проволочной обмоткой на пустотельном немагнитном цилиндре, вращающемся вокруг фиксированного сердечника. Такой тип конструк­ции обеспечивает значительное снижение реакции ротора, ин­дуктивности L и механической инерции. Дискоидальный ротор представляет собой изо­лированный диск, на котором закреплены пластинчатые про­водники; этот тип конструкции характеризуется, в частности, очень малой величиной индуктивного сопротивления, хорошей защищенностью от посторонних воздействий и допускает отно­сительно большие токи без искажения линейности.

Тахометрические генераторы на переменном токе

Такой тип генераторов интересен отсутствием коллектора и щеток, что способствует заметному увеличению срока службы, а также отсутствию флуктуации падения напряжения на щет­ках и подавлению паразитных сигналов при коммутациях. Од­нако схемы включения таких генераторов обычно более слож­ны, так как измерение амплитуды требует выпрямления и фильтрации выходного напряжения.

Синхронный генератор. Речь идет о небольшом генераторе переменного тока. Ротор, связанный с осью, скорость которой Статор несет якорную обмотку    (одно-   или многофазную), в которой возникает синусоидальная э.д.с; ев амплитуда и частота пропорциональны скорости вращения ротора, т. е.

где £=&iO), Q—k2<i), k\, Аг —константы генератора. Таким об-; разом, величина w может быть определена по амплитуде э.д.с,' или по ее частоте.

Примерами таких тахометров могут служить генераторы с магнето (фирма-изготовитель Chauvin — Arnoux), имеющие од­нофазный статор и ротор в виде постоянного магнита с тремяпарами полюсов. Тахометр типа 64 имеет максимальную скорость 3000 об/мин, напряжение 24В±1% и частоту 50 Гц при1000 об/мин.    У тахометра типа 64GV максимальная скорость составляет 6000 об/мин, напряжение 24В±1%, частота 200 Гц при 4000 об/мин.

Определение скорости по величине э.д.с. Импеданс якоря определяется выражением Zi=Ri+jLiQ, где Ri и U — соответственно его сопротивление и индуктивность.

Напряжение на клеммах ротора, нагруженного сопротивлением R, по абсолютной величине равно I

Как видно, напряжение U в общем случае не является линейной функцией. Использование  генератора  в тахометрии требует,    чтобы сопротивление нагрузки R   оставалось   много больше импеданса обмотки даже при максимальных скоростях u; при этом U практически равно Е.

Выходное напряжение выпрямляется и фильтруется для по­лучения постоянного пропорционального напряжения; оно не зависит от направления вращения. Эффективность фильтра па­дает с уменьшением частоты, поэтому степень биения напря­жения возрастает при малых скоростях вращения, определяя нижний предел применимости. Кроме того, наличие фильтра вносит постоянную времени, которая снижает быстродействие.

Определение скорости по частоте сигнала. Частотное изме­рение представляет интерес, когда создаваемый синхронным генератором сигнал необходимо передать на расстояние; в этом случае потери в линии не влияют на измерение.

В качестве примера опишем тахометр с электрической пе­редачей, выпускаемый фирмой Jaeger. Его задающий генератор — трехфазный, причем каждая обмотка его ротора соединена с одной из обмоток синхронного мотора. Поэтому в моторе возникает поле, которое вращается с той же скоростью, что ротор генератора, и увлекает синхронно ротор мотора, представляющий собой магнит. Ротор мотора связан со вторым магнитом (измерительным), который вращается перед метал­лическим диском; в последнем возникают токи Фуко, пропор­циональные скорости вращения измерительного магнита, и вра­щающий момент Cm, пропорциональный скорости. Этот враща­ющий момент, согласно закону Ленца, стремится повернуть диск в сторону движения измерительного магнита; он уравновеши­вается противоположной парой сил спиральной пружины, так что отклонение а диска  пропорционально  скорости  вращения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5