Tachogenerator

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 6 mars 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Tachogenerator (från annan grekisk τάχος - "snabb", "hastighet" och lat. generator "producent") - en elektrisk mikromaskin, en mätgenerator för lik- eller växelström , utformad för att omvandla det momentana värdet av frekvensen ( vinkelhastighet ) för axeln roterar till en unik hastighetsrelaterad elektrisk signal.

Vanligtvis är värdet ( EMF ), och i vissa typer av tachogeneratorer och signalfrekvensen direkt proportionella mot rotorhastigheten.

Den elektriska signalen från tachogeneratorn tillförs antingen för direkt visning och avläsning av avläsningar till en sekundär enhet kalibrerad i enheter för rotationshastighet - varvräknarindikator , eller till ingången på automatiska styrenheter som reglerar rotationshastigheten.

Hur det fungerar

Enligt funktionsprincipen är tachogeneratorer indelade i flera typer - med en utsignal av växelström eller spänning (synkron och asynkron) och med en utsignal av likström.

DC tachogenerators

Små samlarmaskiner, där excitationsflödet skapas av en permanent magnet eller en oberoende lindning.

Dessa tachogeneratorer är konventionella kollektor DC-generatorer, men med konstant excitation, vanligtvis utförda av permanenta statormagneter . Eftersom EMF som induceras i rotorlindningarna är direkt proportionell mot förändringshastigheten för det magnetiska flödet i lindningarna i enlighet med Faradays lag , är spänningen som tas bort från kollektorborstarna direkt proportionell mot rotorns rotationshastighet.

På grund av närvaron av en borstsamlarenhet är resursen och tillförlitligheten för denna typ av tachogenerator mindre än till exempel den för växelströmstachogeneratorer, och på grund av omkopplingsprocessen för kollektorplattorna och borstarna, ytterligare elektriskt impulsljud genereras under rotation av tachogeneratorns utsignal.

Informationssignalen för DC-tachogeneratorn är elektrisk spänning , vilket orsakar ytterligare hastighetsomvandlingsfel, främst på grund av beroendet av det magnetiska förspänningsflödet på temperaturen, det transienta elektriska motståndet mellan borstarna och kollektorn, förändringar i det magnetiska förspänningsflödet hos stator permanentmagnet över tid på grund av självavmagnetisering och förändringar i gapet mellan rotorn och statorn.

Fördelarna med DC-tachogeneratorer är en bekväm form av utsignalrepresentation och förmågan att bestämma inte bara rotorns rotationshastighet, utan också rotationsriktningen (när rotationsriktningen ändras ändrar utsignalen polaritet) .

Förhållandet mellan utspänning och rotorhastighet kallas "tachogenerator sensitivity" eller "konverteringsfaktor" eller "tachogenerator lutning" och anges vanligtvis i tachogeneratorns datablad i millivolt per varv per minut. Enligt denna parameter och utspänningen kan rotorhastigheten bestämmas med formeln:

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

var är rotorhastigheten i varv per minut,

{\displaystyle F_{rot))

U_{out}

- utgångsspänning från tachogeneratorn,

S_t

är omvandlingsfaktorn.

Asynkrona växelströmstachogeneratorer

Designmässigt liknar de asynkrona elmotorer med en ekorrburrotor. Ekorrburrotorn är vanligtvis gjord i form av en ihålig aluminium- eller kopparcylinder . På statorn till en sådan tachogenerator med magnetiska flöden orienterade i förhållande till varandra i en vinkel på 90 °, finns det två lindningar, varav en (fältlindning) matas av en växelström med konstant frekvens och konstant amplitud, och andra är en utgång, och en mätanordning kan anslutas till den (AC voltmeter, kalibrerad, till exempel, i rpm), eller ingången till ett automatiskt styrsystem.

Funktionsprincipen är baserad på indragningen av det magnetiska flödet som induceras i rotorn av en ekorrburrotor under dess rotation. Med en stationär rötor, eftersom magnetfälten hos excitationslindningen och utgångslindningen är ömsesidigt vinkelräta, är utspänningen noll. När rotorn roterar bryts denna vinkelräthet och en EMF proportionell mot rotationshastigheten induceras i utgångslindningen.

Eftersom utspänningsfrekvensen inte beror på rotorhastigheten och är lika med spänningsfrekvensen i fältlindningen, kallas denna typ av tachogenerator asynkron.

Den asynkrona tachogeneratorn låter dig också bestämma rotorns rotationsriktning, när du ändrar riktning ändras utsignalens fas med 180 °.

Synkrona växelströmstachogeneratorer

De är borstlösa synkrona maskiner med en rotor förspänd av en permanentmagnet . Statorn har en eller flera lindningar.

En sådan tachogenerator omvandlar rotorhastigheten till en växelspänning, vars amplitud och frekvens är direkt proportionell mot rotorhastigheten.

Nackdelen med en synkron tachogenerator är omöjligheten att bestämma rotationsriktningen, vilket är oönskat i vissa applikationer.

Ofta är rotorn gjord i form av en flerpolig permanentmagnet, så flera perioder av utsignalen genereras per 1 varv av rotorn.

Rotationshastighetsmätningar är tillåtna på två sätt - frekvens och amplitud.

Synkrona och asynkrona tachogeneratorer har en längre livslängd jämfört med konstantspänningstachogeneratorer, eftersom de inte har en kollektor-borsteenhet.

Frekvensmetod för att bestämma rotationshastigheten

Eftersom frekvensen av utsignalen inte beror på temperaturen, minskningen av magnetiskt flöde orsakad av åldring och storleken på gapet mellan rotorn och statorn på tachogeneratorn, är denna metod en av de mest exakta.

Rotationshastigheten beräknas genom att bestämma utsignalens frekvens och sedan beräkna rotorhastigheten med hjälp av formeln:

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

var är rotorhastigheten i Hz ,

{\displaystyle F_{rot))

F_{out}

- frekvensen för signalen vid tachogeneratorns utgång i Hz,

sid

- antalet polpar på tachogeneratorrotorn.

Nackdelen med frekvensmetoden är att det krävs mer tid för att bestämma hastigheten mer exakt, och under denna tid kan hastigheten ändras avsevärt. Det följer av detta att ju mer tid som spenderas på ackumulering av pulser för att bestämma frekvensen, desto större är det dynamiska felet i mätningarna, därför finns det en fördröjning i svaret i servosystem för automatisk styrning av rotationshastigheten till en störning, och detta är oönskat i vissa tillämpningar.

För att minska det dynamiska felet används tachogeneratorer med ett större antal poler, vilket gör det möjligt att minska tiden för att bestämma utfrekvensen och därmed svarstiden för autoregleringsstyrsystemet.

Signalfrekvensen kan bestämmas från de ackumulerade och genomsnittliga perioderna av flera pulser. Beräkningen görs enligt formeln:

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

var är frekvensen för signalen vid tachogeneratorns utgång,

F_{out}

N

är antalet ackumulerade impulser,

T

- periodens längd.

Med denna metod för att bestämma rotationshastigheten måste man ta hänsyn till att även utsignalens amplitud förändras, vilket innebär att frekvensdetektorns ingång måste vara utformad för att ta emot en insignal med mycket varierande amplitud, vilket är ibland en nackdel på grund av kretsens komplexitet.

Amplitudmetod för att bestämma rotationshastigheten

Denna metod för att bestämma frekvensen är inte särskilt noggrann på grund av beroendet av temperatur, gapet mellan rotorn och statorn, på förändringar i det magnetiska flödet hos rotormagneten under åldring, och även på grund av effekten av frekvensintermodulation på reaktiva kretselement. Men i vissa fall motiverar denna metod sig själv och kompenserar för bristerna med enkelheten i kontrollschemat.

När rotationshastigheten ökar kommer EMF som genereras i STG-statorlindningen att öka. För att ta avläsningar från tachogeneratorn och föra dem till en bekväm form, används en en- eller två- halvvågslikriktare och ett lågpassfilter för att jämna ut krusningar.

Förhållandet mellan spänning och rotorhastighet beskriver utspänningslutningen, eller omvandlingsfaktorn, vanligtvis representerad i (millivolt per varv per minut). Enligt denna parameter kan rotorhastigheten bestämmas med formeln: $mV/RPM$

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

var är rotorhastigheten i Hz ,

{\displaystyle F_{rot))

U_{out}

- utgångsdriftspänning från tachogeneratorn,

S_t

- lutningen på utspänningen i .

mV/RPM

Fördelar och nackdelar

Fördelar:

Ett par varvräknare - varvräknare kräver inte ytterligare strömkällor, det är enkelt och ganska pålitligt i drift.

Brister:

Tachogeneratorer kan inte mäta mycket långsam rotation - amplituden för den genererade signalen blir mycket liten.
Tachogeneratorer skapar ett extra friktionsmoment på den roterande axeln, vilket introducerar ett visst mätfel, men vanligtvis är det inte signifikant.
De innehåller rörliga delar och kräver därför regelbundet underhåll.

Andra hastighetssensorer

Med utvecklingen av elektronik ersätts tachogeneratorer allt mer av pulssensorer, till exempel kretsar med optokopplare av öppen typ som genererar pulser när en ljusstråle reflekteras från kontrastmärken på axeln eller när ljusstrålen avbryts av en obturator - ett pumphjul anslutet till axelrotationsvinkelsensorerna (kodare) , eller impulsinduktiva sensorer , Hallsensorer och andra liknande impulselektroniska sensorer .

Se även

Litteratur

Armensky E. V., Falk G. B. Elektriska mikromaskiner: En lärobok för studenter. elektrotekniska specialiteter vid universitet . - 3:e, reviderade och kompletterande .. - M . : Högre skola, 1985. - 231 sid. — 22 000 exemplar.
Chechet Yu. S. Elektriska mikromaskiner för automatiska enheter. — 1964.

Länkar

Tachogenerator - artikel från Great Soviet Encyclopedia .
Tachogenerator / Lopukhina E. M. // Great Russian Encyclopedia : [i 35 volymer] / kap. ed. Yu. S. Osipov . - M . : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.