Tachogenerátory — typy, zariadenie a princíp činnosti

Slovo „tachogenerátor“ pochádza z dvoch slov – z gréckeho „tachos“, čo znamená „rýchly“ a z latinského „generátor“. Tachogenerátor je variabilný alebo konštantný elektrický merací mikrostroj, ktorý je namontovaný na hriadeli zariadenia a premieňa aktuálnu hodnotu rýchlosti otáčania hriadeľa na elektrický signál, ktorého parameter nesie informáciu o frekvencii otáčania.

Tento parameter môže byť generované EMF alebo hodnotu frekvencie signálu. Výstupný signál z tachogenerátora sa môže privádzať na vizuálny displej (napr. displej) alebo do zariadenia na automatickú reguláciu otáčok hriadeľa, na ktorom tachogenerátor pracuje.

Tachogenerátory sú niekoľkých typov v závislosti od typu signálu generovaného na výstupe: so striedavým napäťovým alebo prúdovým signálom (asynchrónne alebo synchrónne tachogenerátory), alebo s konštantným signálom.

DC tachogenerátor

Jednosmerný tachogenerátor je kolektorový stroj s budením buď permanentnými magnetmi (bežnejšie) alebo budiacou cievkou (menej často) umiestnenou na jeho statore. Meracie emf je indukované na vinutí rotora tachogenerátora a ukazuje sa, že je priamo úmerné uhlovej rýchlosti otáčania rotora, v skutočnosti rýchlosti zmeny magnetického toku, presne podľa so zákonom elektromagnetickej indukcie.

Výstupný signál — napätie, ktorého hodnota je tiež priamo úmerná uhlovej rýchlosti otáčania rotora — je odvádzaný cez kefy z kolektora. Keďže práca zahŕňa zberač a kefy, takáto jednotka podlieha rýchlejšiemu opotrebovaniu ako AC tachogenerátor. Problém je v tom, že zberná jednotka kefy v procese svojej práce generuje impulzný šum vo výstupnom signáli takéhoto tachogenerátora.

Tak či onak, výstupný signál tachogenerátora jednosmerného prúdu je napätie, ktoré sťažuje presnú konverziu napätia na rýchlosť, pretože magnetický tok vychyľovania závisí od teploty magnetov, od elektrického odporu v mieste dotyku. kefiek so zberačom (ktorý sa časom mení), nakoniec — z demagnetizácie permanentných magnetov v priebehu času.

Napriek tomu sú v niektorých prípadoch jednosmerné tachogenerátory vhodné pre formu znázornenia výstupného signálu, ako aj prirodzeného javu prepólovania tohto signálu v súlade so zmenou smeru otáčania hriadeľa.

Jednosmerné tachogenerátory sa vyznačujú «transformačným faktorom» St, ktorý vyjadruje pomer odvádzaného napätia Uout k frekvencii otáčania Frot zodpovedajúcej danému napätiu.Tento parameter je uvedený v technickej dokumentácii k tachogenerátoru a meria sa v milivoltoch vynásobených otáčkami za minútu. Keď poznáte tento parameter a výstupné napätie z tachogenerátora, môžete vypočítať aktuálnu frekvenciu pomocou vzorca:

Elektromotor so zabudovaným tachogenerátorom:

Asynchrónny AC tachogenerátor

Asynchrónne AC tachogenerátory majú podobný dizajn pre asynchrónne motory s kotvou nakrátko… Rotor je tu vyrobený vo forme dutého valca (zvyčajne medený alebo hliníkový) a stator obsahuje dve vinutia umiestnené v pravom uhle k sebe. Jedno z vinutí statora je budiace vinutie, druhé je výstupné vinutie. Do budiacej cievky sa privádza striedavý prúd určitej amplitúdy a frekvencie a výstupná cievka je pripojená k meraciemu zariadeniu.

Keď sa rotor veveričky otáča, periodicky porušuje počiatočnú ortogonalitu magnetických tokov dvoch cievok, v dôsledku skreslenia obrazu magnetických polí sa vo výstupnej cievke periodicky indukuje EMF. Ak je rotor stacionárny, magnetický tok budiacej cievky nie je skreslený a vo výstupnej cievke sa neindukuje EMF. Tu je veľkosť generovaného EMF úmerná rýchlosti otáčania hriadeľa.

Pretože prúd dodávaný do vinutia poľa má svoju vlastnú frekvenciu, ktorá sa líši od rýchlosti otáčania hriadeľa, takýto tachogenerátor sa nazýva asynchrónny. Táto konštrukcia okrem iného umožňuje posúdiť smer otáčania rotora podľa fázy výstupného signálu — pri zmene smeru otáčania je fáza obrátená.

Synchrónny AC tachogenerátor

Synchrónne tachogenerátory sú bezkomutátorové striedavé stroje.Magnetizácia rotora je vytvorená permanentným magnetom, pričom na statore je jedno alebo viac vinutí. V tomto prípade bude amplitúda výstupného signálu aj jeho frekvencia úmerná rýchlosti otáčania hriadeľa. Údaje o rýchlosti možno teda merať ako hodnotou amplitúdy (detekcia amplitúdy), tak priamo frekvenciou (detekcia frekvencie). Smer otáčania však nemožno určiť z výstupného signálu synchrónneho tachogenerátora.

Rotor synchrónneho striedavého tachogenerátora môže byť vyrobený vo forme viacpólového magnetu a dať niekoľko impulzov za sebou vo výstupnom signáli na jednu otáčku hriadeľa. Takéto tachogenerátory spolu s asynchrónnymi majú dlhšiu životnosť, pretože nemajú zberné zariadenie kief náchylné na mechanické opotrebovanie.

Detekcia frekvencie

Keďže výstupná frekvencia synchrónneho tachogenerátora nezávisí od teploty a iných faktorov, merania frekvencie s ním sú presnejšie. Výpočet je veľmi jednoduchý, stačí poznať počet pólových párov p rotora:

Ale je tu aj nuansa. Aby bola presnosť výpočtov dostatočne vysoká, je potrebné vyčleniť čas, počas ktorého sa už teoreticky môže rýchlosť meniť, čo znamená, že kým sa počítajú impulzy, chyba merania sa zvyšuje, čo je škodlivé.

Aby sa znížila chyba merania, rotor je vyrobený viacpólový, takže výpočty môžu byť vykonávané rýchlejšie, potom môže rýchlejšie nasledovať odozva riadiaceho systému. Pre jeden pól sa frekvencia vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

kde N je počet načítaných impulzov, T je doba počítania impulzov

Pri synchrónnom tachogenerátore sa amplitúda signálu mení v závislosti od rýchlosti, preto je pri návrhu detektora výstupnej frekvencie dôležité brať do úvahy celý možný rozsah amplitúd výstupných napätí tachogenerátora.

Detekcia amplitúdy

Pri amplitúdovej metóde určenia frekvencie bude obvod frekvenčného detektora jednoduchší, ale tu je dôležité vziať do úvahy vplyv takých faktorov, ako sú: teplota, zmena nemagnetickej medzery atď. frekvencia , tým väčšia je amplitúda výstupného signálu, preto je obvod detektora zvyčajne usmerňovač a Nízkopriepustný filter, kde konverzný faktor meraný v mV * ot/min umožňuje určiť frekvenciu pomocou nasledujúceho vzorca:

Okrem tradičných typov tachogenerátorov, o ktorých sa hovorí v tomto článku, sa v moderných technológiách využívajú aj snímače impulzov. na báze optočlenov, Hallove senzory atď. Výhodou tachogenerátorov je, že pri spárovaní s detektorom nevyžadujú žiadne ďalšie zdroje energie. Nevýhody tradičných tachogenerátorov strojového typu zahŕňajú slabú citlivosť pri nízkych rýchlostiach a zavedený brzdný moment.