Tachogenerator

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. marts 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Tachogenerator (fra anden græsk τάχος - "hurtig", "hastighed" og lat. generator "producent") - en elektrisk mikromaskine, en målegenerator af jævn- eller vekselstrøm , designet til at konvertere den øjeblikkelige værdi af frekvensen ( vinkelhastighed ) af akslens rotation til et unikt hastighedsrelateret elektrisk signal.

Normalt er værdien ( EMF ), og i nogle typer tachogeneratorer og signalfrekvensen direkte proportional med rotorhastigheden.

Det elektriske signal fra tachogeneratoren leveres enten til direkte visning og aflæsning af aflæsninger til en sekundær enhed kalibreret i enheder af rotationshastighed - omdrejningstællerindikator , eller til indgangen på automatiske kontrolanordninger, der regulerer omdrejningshastigheden.

Sådan virker det

Ifølge driftsprincippet er tachogeneratorer opdelt i flere typer - med et udgangssignal af vekselstrøm eller spænding (synkron og asynkron) og med et udgangssignal af jævnstrøm.

DC tachogeneratorer

Små samlemaskiner, hvor excitationsfluxen er skabt af en permanent magnet eller en uafhængig vikling.

Disse tachogeneratorer er konventionelle solfanger DC- generatorer , men med konstant excitation, normalt udført af permanente statormagneter . Da EMF induceret i rotorviklingerne er direkte proportional med ændringshastigheden af den magnetiske flux i viklingerne i overensstemmelse med Faradays lov , så er spændingen fjernet fra kollektorbørsterne direkte proportional med rotorens rotationshastighed.

På grund af tilstedeværelsen af en børsteopsamlerenhed er ressourcen og pålideligheden af denne type tachogenerator mindre end for eksempel den for vekselstrømstachogeneratorer, og på grund af omskiftningsprocessen for kollektorpladerne og -børsterne, yderligere elektrisk impulsstøj genereres under rotation af tachogeneratorens udgangssignal.

Informationssignalet fra DC-tachogeneratoren er elektrisk spænding , som forårsager yderligere hastighedskonverteringsfejl, hovedsageligt på grund af afhængigheden af den magnetiske forspændingsflux af temperaturen, den transiente elektriske modstand mellem børsterne og opsamleren, ændringer i den magnetiske forspændingsflux af stator permanent magnet over tid på grund af selv-demagnetisering og ændringer i mellemrummet mellem rotoren og statoren.

Fordelene ved DC-tachogeneratorer er en bekvem form for udgangssignalrepræsentation og evnen til at bestemme ikke kun rotorens rotationshastighed, men også rotationsretningen (når rotationsretningen ændres, ændrer udgangssignalet polaritet) .

Forholdet mellem udgangsspænding og rotorhastighed kaldes "tachogenerator følsomhed" eller "konverteringsfaktor" eller "tachogenerator hældning" og er normalt angivet i tachogenerator databladet i millivolt pr. omdrejning pr. minut. I henhold til denne parameter og udgangsspændingen kan rotorhastigheden bestemmes af formlen:

F_{rot}={\frac {U_{out}}{S_{t}}},

hvor er rotorhastigheden i omdrejninger pr. minut,

{\displaystyle F_{rot))

U_{out}

- udgangsspænding af tachogeneratoren,

S_t

er omregningsfaktoren.

Asynkrone vekselstrømtachogeneratorer

Ved design ligner de asynkrone elektriske motorer med en egern-burrotor. Egern-burrotoren er normalt lavet i form af en hul aluminium- eller kobbercylinder . På statoren af en sådan tachogenerator med magnetiske fluxer orienteret i forhold til hinanden i en vinkel på 90 °, er der to viklinger, hvoraf den ene (feltvikling) tilføres af en vekslende sinusformet strøm med konstant frekvens og konstant amplitude, og andet er en udgang, og der kan tilsluttes en måleenhed (AC voltmeter, kalibreret, for eksempel i rpm), eller indgangen til et automatisk kontrolsystem.

Funktionsprincippet er baseret på medbringelsen af den magnetiske flux induceret i rotoren af en egern-burrotor under dens rotation. Med en stationær rotor, da magnetfelterne i excitationsviklingen og udgangsviklingen er indbyrdes vinkelrette, er udgangsspændingen nul. Når rotoren roterer, krænkes denne vinkelrethed, og en EMF proportional med rotationshastigheden induceres i udgangsviklingen.

Da udgangsspændingsfrekvensen ikke afhænger af rotorhastigheden og er lig med spændingsfrekvensen i feltviklingen, kaldes denne type tachogenerator asynkron.

Den asynkrone tachogenerator giver dig også mulighed for at bestemme rotorens rotationsretning, når du skifter retning, ændres fasen af udgangssignalet med 180 °.

Synkrone vekselstrømtachogeneratorer

De er børsteløse synkrone maskiner med en rotor forspændt af en permanent magnet . Statoren har en eller flere viklinger.

En sådan tachogenerator omdanner rotorhastigheden til en vekselspænding, hvis amplitude og frekvens er direkte proportional med rotorhastigheden.

Ulempen ved en synkron tachogenerator er umuligheden af at bestemme rotationsretningen, hvilket er uønsket i nogle applikationer.

Ofte er rotoren lavet i form af en flerpolet permanentmagnet, så der genereres flere perioder af udgangssignalet pr. 1 rotation af rotoren.

Rotationshastighedsmålinger er tilladt på to måder - frekvens og amplitude.

Synkrone og asynkrone tachogeneratorer har en længere levetid sammenlignet med konstantspændingstachogeneratorer, da de ikke har en kollektor-børste-samling.

Frekvensmetode til bestemmelse af rotationshastigheden

Da frekvensen af udgangssignalet ikke afhænger af temperaturen, faldet i magnetisk flux forårsaget af ældning og størrelsen af kløften mellem rotoren og statoren af tachogeneratoren, er denne metode en af de mest nøjagtige.

Rotationshastigheden beregnes ved at bestemme frekvensen af udgangssignalet og derefter beregne rotorhastigheden ved hjælp af formlen:

F_{rot}={\frac {F_{out}}{p)),

hvor er rotorhastigheden i Hz ,

{\displaystyle F_{rot))

F_{out}

- frekvensen af signalet ved udgangen af tachogeneratoren i Hz,

s

- antallet af polpar på tachogeneratorrotoren.

Ulempen ved frekvensmetoden er, at der skal mere tid til at bestemme hastigheden mere præcist, og i løbet af denne tid kan hastigheden ændre sig markant. Det følger heraf, at jo mere tid der bruges på akkumulering af impulser for at bestemme frekvensen, jo større er den dynamiske fejl i målingerne, derfor er der i servosystemer til automatisk styring af rotationshastigheden en forsinkelse i responsen til en forstyrrelse, og dette er uønsket i nogle applikationer.

For at reducere den dynamiske fejl anvendes tachogeneratorer med et større antal poler, hvilket gør det muligt at reducere tiden til bestemmelse af udgangsfrekvensen og dermed autoreguleringskontrolsystemets responstid.

Signalfrekvensen kan bestemmes ud fra de akkumulerede og gennemsnitlige perioder af flere impulser. Beregningen er lavet efter formlen:

F_{out}={\frac {N}{T_{1}+...+T_{N))}={\frac {N}{\sum _{i=1}^{N} T_{i}}},

hvor er frekvensen af signalet ved udgangen af tachogeneratoren,

F_{out}

N

er antallet af akkumulerede impulser,

T

- periodens varighed.

Med denne metode til bestemmelse af omdrejningshastigheden skal der tages højde for, at udgangssignalets amplitude også ændres, hvilket betyder, at frekvensdetektorens indgang skal være designet til at modtage et indgangssignal med en meget varierende amplitude, som er nogle gange en ulempe på grund af kompleksiteten af kredsløbet.

Amplitudemetode til bestemmelse af rotationshastigheden

Denne metode til bestemmelse af frekvensen er ikke særlig nøjagtig på grund af afhængigheden af temperatur, afstanden mellem rotoren og statoren, på ændringer i den magnetiske flux af rotormagneten under ældning, og også på grund af effekten af frekvensintermodulation på reaktive kredsløbselementer. Men i nogle tilfælde retfærdiggør denne metode sig selv og kompenserer for manglerne med kontrolordningens enkelhed.

Efterhånden som omdrejningshastigheden stiger, vil EMF genereret i STG statorviklingen stige. For at tage aflæsninger fra tachogeneratoren og bringe dem til en bekvem form, bruges en en- eller to-halvbølge- ensretter og et lavpasfilter til at udjævne krusninger.

Forholdet mellem spænding og rotorhastighed beskriver udgangsspændingshældningen eller konverteringsfaktoren, normalt repræsenteret i (millivolt pr. omdrejning pr. minut). Ifølge denne parameter kan rotorhastigheden bestemmes af formlen: $mV/RPM$

F_{rot}={\frac {U_{out}}{60S_{t}}},

hvor er rotorhastigheden i Hz ,

{\displaystyle F_{rot))

U_{out}

- udgangsdriftsspænding fra tachogeneratoren,

S_t

- hældning af udgangsspændingen i .

mV/RPM

Fordele og ulemper

Fordele:

Et par tachogenerator - omdrejningstæller kræver ikke yderligere strømkilder, det er enkelt og ret pålideligt i drift.

Fejl:

Tachogeneratorer kan ikke måle meget langsom rotation - amplituden af det genererede signal bliver meget lille.
Tachogeneratorer skaber et ekstra friktionsmoment på den roterende aksel, hvilket introducerer en vis målefejl, men normalt er det ikke signifikant.
De indeholder bevægelige dele og kræver derfor periodisk vedligeholdelse.

Andre hastighedssensorer

Med udviklingen af elektronik bliver tachogeneratorer i stigende grad erstattet af impulssensorer, for eksempel kredsløb med optokoblere af åben type , der genererer impulser, når en lysstråle reflekteres fra kontrastmærker på akslen, eller når lysstrålen afbrydes af en obturator - et løbehjul forbundet til aksel- drejningsvinkelsensorerne (indkodere) , eller impulsinduktive sensorer , Hall-sensorer og andre lignende impulselektroniske sensorer .

Se også

Litteratur

Armensky E. V., Falk G. B. Elektriske mikromaskiner: En lærebog for studerende. universiteternes elektrotekniske specialiteter . - 3., revideret og supplerende .. - M . : Højere skole, 1985. - 231 s. — 22.000 eksemplarer.
Chechet Yu. S. Elektriske mikromaskiner af automatiske enheder. - 1964.