Tachogeneratorer — typer, anordning och funktionsprincip

Ordet "tachogenerator" kommer från två ord - från grekiskan "tachos" som betyder "snabb" och från latinets "generator". Tachogeneratorn är en variabel eller konstant elektrisk mätmikromaskin, som är monterad på utrustningens axel och omvandlar det aktuella värdet på axelns rotationshastighet till en elektrisk signal, vars parameter bär information om rotationsfrekvensen.

Denna parameter kan vara genererad EMF eller signalens frekvensvärde. Utsignalen från tachogeneratorn kan matas till en visuell display (t.ex. en display) eller till en automatisk axelhastighetskontrollanordning på vilken tachogeneratorn arbetar.

Tachogeneratorer är av flera typer, beroende på vilken typ av signal som genereras vid utgången: med en växelspänning eller strömsignal (asynkrona eller synkrona tachogeneratorer), eller med en konstant signal.

DC tachogenerator

En DC-tachogenerator är en kollektormaskin med excitation antingen av permanentmagneter (vanligare) eller av en exciteringsspole (mindre vanlig) placerad på dess stator. Mät-emk induceras på tachogeneratorns rotorlindning och visar sig vara direkt proportionell mot rotorns vinkelhastighet, faktiskt till förändringshastigheten för det magnetiska flödet, i exakt överensstämmelse med med lagen om elektromagnetisk induktion.

Utsignalen - en spänning vars värde också är direkt proportionell mot rotorns vinkelhastighet - tas bort genom borstarna från kollektorn. Eftersom jobbet innebär samlare och penslar, en sådan enhet utsätts för snabbare slitage än en AC-tachogenerator. Problemet är att borstuppsamlingsenheten under arbetets gång genererar impulsbrus i utsignalen från en sådan tachogenerator.

På ett eller annat sätt är utsignalen från DC-tachogeneratorn en spänning, vilket gör det svårt att exakt omvandla spänningen till hastighet, eftersom det magnetiska avböjningsflödet beror på magneternas temperatur, på det elektriska motståndet vid kontaktpunkten av borstarna med kollektorn (som ändras med tiden), slutligen — från avmagnetisering av permanentmagneter över tiden.

Ändå är DC-tachogeneratorer i vissa fall lämpliga för formen av representation av utsignalen, såväl som det naturliga fenomenet att vända denna signals polaritet i enlighet med förändringen i axelns rotationsriktning.

DC-tachogeneratorer kännetecknas av en «transformationsfaktor» St, som uttrycker förhållandet mellan den borttagna spänningen Uout och rotationsfrekvensen Frot som motsvarar den givna spänningen.Denna parameter anges i den tekniska dokumentationen för tachogeneratorn och mäts i millivolt multiplicerat med varv per minut. Genom att känna till denna parameter och utspänningen från tachogeneratorn kan du beräkna den aktuella frekvensen med formeln:

Elmotor med inbyggd tachogenerator:

Asynkron AC tachogenerator

Asynkrona AC-tachogeneratorer har liknande design för asynkrona ekorrburmotorer… Rotorn här är gjord i form av en ihålig cylinder (vanligen koppar eller aluminium), och statorn innehåller två lindningar placerade i rät vinkel mot varandra. En av statorlindningarna är excitationslindningen, den andra är utgångslindningen. En växelström av en viss amplitud och frekvens tillförs magnetiseringsspolen, och utgångsspolen ansluts till mätanordningen.

När ekorrotorn roterar bryter den periodiskt den initiala ortogonaliteten för de magnetiska flödena för de två spolarna, som ett resultat av förvrängningen av bilden av magnetfälten, induceras en EMF periodiskt i utgångsspolen. Om rotorn är stationär förvrängs inte excitationsspolens magnetiska flöde och ingen EMF induceras i utgångsspolen. Här är storleken på den genererade EMF proportionell mot axelns rotationshastighet.

Eftersom strömmen som tillförs fältlindningen har sin egen frekvens, som skiljer sig från axelns rotationshastighet, kallas en sådan tachogenerator asynkron. Den här designen gör det bland annat möjligt att bedöma rotorns rotationsriktning efter utsignalens fas — vid ändring av rotationsriktningen vänds fasen.

Synkron AC tachogenerator

Synkrona tachogeneratorer är borstlösa AC-maskiner.Magnetiseringen av rotorn skapas av en permanentmagnet medan en eller flera lindningar finns på statorn. I detta fall kommer både amplituden för utsignalen och dess frekvens att vara proportionell mot axelns rotationshastighet. Hastighetsdata kan därför mätas både med amplitudvärde (amplituddetektering) och direkt med frekvens (frekvensdetektering). Rotationsriktningen kan emellertid inte bestämmas från utsignalen från den synkrona tachogeneratorn.

Rotorn på en synkron AC-tachogenerator kan göras i form av en flerpolig magnet och ge flera pulser i rad i utsignalen för ett varv på axeln. Sådana tachogeneratorer, tillsammans med asynkrona, har en längre livslängd, eftersom de inte har en borstuppsamlingsanordning som är utsatt för mekaniskt slitage.

Frekvensdetektering

Eftersom utgångsfrekvensen för en synkron tachogenerator inte beror på temperatur och andra faktorer, är frekvensmätningar med den mer exakta. Beräkningen är mycket enkel, det räcker att veta antalet polpar p av rotorn:

Men det finns också en nyans. För att noggrannheten i beräkningarna ska vara tillräckligt hög är det nödvändigt att allokera tid under vilken teoretiskt hastigheten redan kan ändras, vilket innebär att medan pulserna räknas ökar mätfelet, vilket är skadligt.

För att minska mätfelet görs rotorn flerpolig så att beräkningarna kan göras snabbare, då kan styrsystemets respons följa med snabbare. För en pol beräknas frekvensen med följande formel:

där N är antalet avlästa pulser, T är pulsräkneperioden

För en synkron tachogenerator ändras signalens amplitud beroende på hastigheten, därför är det viktigt att ta hänsyn till hela det möjliga amplitudområdet för tachogeneratorns utgångsspänningar vid utformningen av utgångsfrekvensdetektorn.

Amplituddetektering

Med amplitudmetoden för att bestämma frekvensen kommer kretsen för frekvensdetektorn att vara enklare, men här är det viktigt att ta hänsyn till påverkan av sådana faktorer som: temperatur, förändring i det icke-magnetiska gapet etc. Ju högre frekvens, desto större amplitud är utsignalen, därför är detektorkretsen vanligtvis en likriktare och Lågpassfilter, där omvandlingsfaktorn mätt i mV * rpm låter dig bestämma frekvensen med hjälp av följande formel:

Förutom de traditionella typerna av tachogeneratorer som diskuteras i den här artikeln, används pulssensorer också i modern teknik. baserat på optokopplare, Hallsensorer etc. Fördelen med tachogeneratorer är att när de paras ihop med en detektor kräver de inga ytterligare strömkällor. Nackdelar med traditionella tachogeneratorer av maskintyp inkluderar dålig känslighet vid låga hastigheter och introducerat bromsmoment.