Специальные типы машин постоянного тока. Тахогенераторы?

Принцип действия. Тахогенераторы постоянного тока выполняют с постоянными магнитами на статоре (рис. 9.1, а) или с электромагнитным возбуждением от независимого источника постоянного тока (рис. 9.1, б). В них используют якорь обычного типа с барабанной обмоткой, а также полый или дисковый с печатной обмоткой (см. § 9.2), При неизменном токе возбуждения I _в, т. е. при неизменном потоке Ф, ЭДС пропорциональна частоте вращения:

(9.1)

Е = с_е Ф п,

что является основой для использования машины постоянного тока в качестве тахогенератора. Его выходное напряжение

(9.2)

U = Е - I_a Σ R_a = Е - U (Σ R_a / R _н),

где R _н — сопротивление нагрузки.

Из (9.1) и (9.2) составим уравнение выходной характеристики тахогенератора:

(9.3)

U = E = ceФ n . 1 + ∑Ra /Rн 1 + ∑Ra /Rн

На рис. 9.2, а сплошными линиями показаны выходные характеристики для различных сопротивлений нагрузки при идеализированных условиях (при Ф = const и Σ R_a = const). Эти характеристики являются линейными, а их угол наклона к оси абсцисс уменьшается при снижении сопротивления нагрузки. Следовательно, тахогенераторы можно применять только при неизменной нагрузке, т. е. совместно с индикатором или другим устройством, на который рассчитан данный тахогенератор.

Крутизна выходной характеристики современных тахогенераторов постоянного тока S = 3 ÷ 100 мВ/(об/мин) (меньшие значения относятся к тахогенераторам с постоянными магнитами). Наиболее распространены тахогенераторы с номинальной частотой вращения n = 1500 ÷ 3000 об/мин.

Погрешности выходной характеристики. Выходная характеристика практически отклоняется от линейного закона в результате размагничивающего действия реакции якоря, наличия нелинейного сопротивления в переходном контакте между коллектором и щетками и изменения тока возбуждения из-за

Рис. 9.1. Устройство тахогенераторов постоянного тока: 1 — корпус с полюсами; 2 — якорь; 3 — подшипник; 4 — вал; 5 — кожух; 6 — коллектор; 7 — подшипниковый щит; 8 — щетки

 

Рис. 92. Выходные характеристики тахогенератора постоянного тока и влияние на характеристики падения напряжения под щетками

увеличения сопротивления обмотки возбуждения при ее нагревании.

Размагничивающее действие реакции якоря проявляется при возрастании частоты вращения n, так как при этом повышается напряжение U, увеличивается ток I_a тахогенератора, а следовательно, и МДС якоря F_a. Поэтому при повышенных частотах вращения выходное напряжение U возрастает медленнее, чем увеличивается частота вращения (см. штриховые линии на рис. 9.2, а). Чтобы уменьшить влияние размагничивающего действия реакции якоря, в цепи нагрузки желательно иметь максимально большое сопротивление R _н и тахогенератор должен работать при небольших относительных частотах вращения.

Нелинейный характер сопротивления щеточного контакта также создает определенную погрешность по сравнению с идеализированной характеристикой 1 (рис. 9.2, б).

При этом выходная характеристика 2 остается линейной, однако в области малых частот вращения тахогенератор становится нечувствительным к изменению Δ п — появляется зона нечувствительности Оа. Для уменьшения погрешности, создаваемой падением напряжения 2Δ u _щ под парой щеток, в тахогенераторах применяют металлографитовые щетки, у которых величина 2Δ u _щ незначительна, а в прецезионных тахогенера­торах, предназначенных для счетно-решающих устройств, — щетки с серебряными и золотыми напайками. При использовании таких щеток погрешность от влияния величины 2Δ u _щ практически можно не учитывать.

Нагревание обмотки возбуждения тахогенератора приводит к увеличению ее сопротивления R _в, вследствие чего уменьшаются ток возбуждения, магнитный поток и выходное напряжение. Чтобы с повышением температуры обмотки возбуждения ток возбуждения изменялся незначительно, последовательно с ней включают либо терморезистор, который стабилизирует сопротивление цепи обмотки возбуждения, либо добавочный резистор с сопротивлением R _до6 >> R _н , выполненный из материала с малым температурным коэффициентом сопротивления. Кроме того, чтобы уменьшить влияние тока возбуждения на магнитный поток, тахогенераторы часто выполняют с сильно насыщенной магнитной системой.

Указанные причины вызывают отклонение выходной характеристики тахогенератора от идеализированной линейной. Относительная скоростная амплитудная погрешность Δ u, обусловленная нелинейностью выходной характеристики, обычно устанавливается при номинальной частоте вращения и определяется как отношение (%)

(9.4)

Δ u = U ид -U д   . U ид

где U _ид — выходное напряжение при идеализированных усло-виях; U _д — действительное значение выходного напряжения.

В зависимости от класса точности тахогенератора скоростная амплитудная погрешность при номинальной частоте вращения составляет ±(0,5 — 3)%, а ошибка асимметрии +(1 - 3)%.

Достоинства и недостатки тахогенераторов. Достоинствами тахогенераторов постоянного тока являются: малые габариты и масса при большой выходной мощности; отсутствие фазовой погрешности, что обусловлено работой на активную нагрузку; кроме того, в тахогенераторах с постоянными магнитами не требуется иметь вспомогательный источник электрической энергии для возбуждения. Однако по сравнению с тахогенераторами переменного тока они имеют ряд недостатков: сложность конструкции, высокую стоимость, нестабильность выходной характеристики из-за наличия скользящего контакта; пульсации выходного напряжения и радиопомехи, возникающие в результате коммутации тока щетками.