Датчики частоты вращения
Применяются для преобразования частоты вращения рабочих механизмов в напряжение. Представляют собой тахометрические генераторы - небольшие электрические машины постоянного и переменного токов. Для преобразования частоты вращения электродвигателей в напряжение применяются тахометрические мосты.
Тахогенераторы постоянного тока.
В зависимости от способа возбуждения выполняются двух видов:
- магнитоэлектрические – возбуждение от постоянных магнитов;
- электромагнитные – возбуждение от специальной обмотки на статоре.
GT – тахогенератор;
w - частота вращения.
Создавая постоянное магнитное поле, под действием которого в обмотке GT наводится ЭДС, которая функцией от частоты вращения. Напряжение на выходе датчика Uвых » E – IRя = Iw. – IRя » kw.,
где Rя – сопротивление якорной цепи; I - сила тока нагрузки;
k – угловой коэффициент; «я» - якорная цепь.
При холостом ходе, когда I = 0 Uвых = E =сw., где с = const, т.е. Uвых = f(w).
Статическая характеристика в данном случае линейна (кривая 1 - теоретическая). При нагрузке характеристика становится нелинейной (кривая 2), что является следствием влияния якоря. В реальных GT возникает падение напряжения на щетках коллектора, что приводит к появлению зоны нечувствительности ЗН (кривая 3). Для уменьшения искажения статических характеристик, GT используют при небольших нагрузках (Iн = 0,01 ¸0,02 А).
В динамическом отношении GT при работе на активную нагрузку (Rн) рассматривают как безинерционное звено, а при работе на активно-индуктивную нагрузку (Rн, Lн) – как апериодическое звено первого порядка, где постоянная времени
T = (Lн + Lя) / (Rн + Rя).
Достоинствами данных датчиков являются хорошая линейность характеристик, малая инерционность (высокая точность), малые габариты и масса, а у магнитоэлектрических еще и отсутствие питания.
Недостатком является наличие коллектора и щеток.
Тахогенераторы переменного тока.
Разделяются на синхронные и асинхронные.
1) Синхронные GT – однофазные синхронные машины с ротором в виде постоянного магнита.
У синхронных GT с изменением частоты вращения w вместе с амплитудой изменяется и частота выходного напряжения, наводимого в обмотке статора. В динамическом отношении является безинерционным звеном.
2) Асинхронные GT – это двухфазные машины с полым немагнитным ротором.
ОВ – обмотка возбуждения; ГО – обмотка генератора.
Обмотки сдвинуты относительно одна другой на 900. При вращении ротора в ГО наводятся ЭДС трансформации и вращения. Под действием ЭДС вращения на выходе GT возникает переменное напряжение выхода. При изменении напряжения ротора фаза выходного напряжения изменяется на 1800.
Асинхронные GT используются как датчики угловой скорости, частоты вращения и ускорений (в последнем случае обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока).
Достоинствами рассмотренных датчиков являются надежность, малая инерционность, отсутствие коллектора и щеток.
Недостатки: нелинейность статических характеристик, наличие на выходе остаточной ЭДС при неподвижном роторе, малая выходная мощность, сравнительно большие габариты.
Тахометрические мосты.
ТМ постоянного и переменного тока применяют в системах автоматики для создания обратной связи по частоте вращения электрических двигателей. Их применение позволяет упростить систему, т.к. отпадает необходимость в дополнительной машине – GT. При этом уменьшается статическая и динамическая нагрузка на исполнительный двигатель.
1) ТМ постоянного тока представляют собой специальную мостовую схему, в одно из плеч которой включен якорь двигателя Rя, а в остальные резисторы R1, R2, Rп.
К диагонали ав подводится напряжение сети, питающей якорь двигателя, а с диагонали сд снимается выходное напряжение, пропорциональное угловой частоте.
Статической характеристикой ТМ является функция Uвых = f(w) и справедлива при больших сопротивлениях на нагрузке.
2) ТМ переменного тока.
Для контроля частоты вращения асинхронных двигателей применяют бесконтактные параметрические устройства, трансформаторы тока и напряжения.
ТМ переменного тока повышают надежность работы САУ.