Тахогенератори постійного струму

Тахогенератор постійного струму — це машина постійного струму з незалежним збудженням або збудженням постійними магнітами, що працює в генераторному режимі.

image002

Рис.1.4.3. Принципові схеми ввімкнення тахогенераторів постійного струму

На рис. 1.4.3. зображені принципові схеми тахогенераторів постійного струму з електромагнітним збудженням (а) та збудженням постійними магнітами (б). У випадку електромагнітного збудження обмотку збудження ОЗ вмикають до джерела постійного струму (рис.1.4.3,а). Тахогенератор збуджується і якщо його якір привести в обертання з частотою n, то на виході генератора з’явиться постійна напруга Uвих. Рівняння вихідної характеристики тахогенератора має вигляд :

image004 (1.4.5)

де ra — опір обмотки якоря , Ом ;

Rn - внутрішній опір пристрою, ввімкненого до тахогенератора, Ом.

Якщо знехтувати падінням напруги в контакті щіток DUщ, то

image006 (1.4.6)

З (1.4.6) випливає, що чим більший опір пристрою Rн, тим більша крутизна вихідної характеристики cU. Найбільша крутизна у вихідної характеристики, що відповідає режиму холостого ходу тахогенератора, коли обмотка якоря розімкнена ( Rн = ¥). З підвищенням струму навантаження (зменшенням Rн) крутизна вихідної характеристики зменшується (рис.1.4.4,а). У сучасних тахогенераторах постійного струму cU = (6 ¸ 260)×10-3 В/(об/хв), що перевищує крутизну асин-хронних тахогенераторів.

Вихідна характеристика тахогенератора постійного струму — пряма лінія. Однак досвід показує, що вихідна характеристика прямолінійна лише в початковій частині (при малих відносних частотах обертання), а з підвищен-ням частоти обертання вона стає криволінійною (рис.1.4.4,а). Криволінійність характеристики підсилюється при зменшенні опору навантаження Rн та збільшенні частоти обертання n. Це пояснюється розмагнічуючою дією реакції якоря в тахогенераторі. Для зменшення криволінійності вихідної характеристики не слід використовувати тахогенератор на його граничних частотах обертання та застосовувати в якості навантаження прилади з малим внутрішнім опором.

В реальних умовах існує спад напруги в щіточному контакті Uщ, тому вихідна характеристика тахогенератора виходить не з початку вісей координат, а з точки на віссі ординат, що стоїть від початку координат на

Uщ = — [Uщ /(1 + ra /Rн )]. (1.4.7)

Це призводить до появи у тахогенераторів постійного струму зони нечутливості e = ± nmin, в межах якої він не створює на виході напруги (рис.1.4.4, б). Для зменшення зони нечутливості у тахогенераторах застосо-вують щітки з невеликим значенням Uщ, тобто з малим опором (мідно-графітні або срібно-графітні). В тахогенераторах високої точності (прецизійних) використовують щітки з срібними або золотими напайками.

image008

Рис.1.4.4. Вихідні характеристики тахогенераторів постійного струму

На точність роботи тахогенераторів значно впливає вірна установка щіток на геометричній нейтралі. При зміщені щіток з геометричної нейтралі в тахогенераторі з’являється несиметрія вихідної характеристики. Помилка через несиметрію в тахогенераторах постійного струму складає DUсим = 1 ¸ 3 %.

Джерелом похибки є також непостійність магнітного потоку обмотки збудження Фз. При електромагнітному збудженні тахогенератора причиною цього може бути коливання напруги Uз, що підводиться до обмотки збудження, нагрів цієї обмотки. В обох випадках змінюється струм збудження Iз, що веде до зміни потоку Фз. Для зменшення можливих коливань потоку Фз магнітну систему тахогенератора виконують з сильним магнітним насиченням, тобто робочу точку 1 на кривій намагнічування приймають за “коліном” насичення магнітної системи. З побудов рис.1.4.5, а видно, що зміна струму збудження Iз на DIз1 в зоні точки 1 викликає зміну потоку збудження на DФз1 , значення змін тут набагато менше, ніж в зоні точки 2, що лежить на прямолінійній ділянці кривої намагнічування, яка розміщена до “коліна” насичення (DФз1 << Фз2). Сильне магнітне насичення магнітного кола тахогенератора не завжди доцільне, тому що збільшується об’єм обмотки збудження, а відповідно і габаритні розміри тахогенератора. В тахогенераторах з насиченою магнітною системою для обмеження коливань потоку збудження Фз послідовно в коло обмотки збудження вмикають терморезистор, що компенсує зміну опору обмотки при коливаннях температури, або використовують магнітні шунти МШ (рис.1.4.5, б) , виготовлені із сплаву, що змінює свій магнітний опір при зміні температури нагріву. Наприклад, при нагріві обмотки збудження її опір збільшується, струм Iз і потік Фз зменшується. Але при цьому магнітний опір шунтів збільшується, що зменшує потік Фщ через шунти і збільшує Фз через полюс та якір на величину, що компенсує його зменшення від зміни струму збудження. При зниженні температури процеси йдуть в зворотньому напрямку. В результаті відбуваються лише незначні коливання потоку збудження .

image003

Рис.1.4.5. Крива намагнічування тахогенератора постійного струму (а) і

магнітопровід з магнітними шунтами (б)

Всі причини, що викликають відхилення вихідної характеристики тахо-генератора від прямолінійної, ведуть до амплітудної похибки. Тахогенератори постійного струму мають амплітудну похибку від 0,5 до 3%. В тахогенераторах постійного струму можлива пульсація вихідної напруги, обумовлена рядом причин: зубчатою поверхнею осердя якоря; нерівномірністю повітряного проміжку або неоднаковою магнітною провідністю осердя якоря по різним радіальним напрямкам; вібрацією щіток та замиканням секцій обмотки якоря в процесі комутації; невеликою кількістю секцій в обмотці якоря через малі габаритні розміри машини. Пульсації напруг можуть вносити завади в роботу автоматичних пристроїв, елементом яких являються тахогенератори. Пульсації напруг можна послабити за рахунок більш якісної технології виготовлення тахогенератора з застосуванням “веерной” збірки листів осердя якоря (листи вкладають в пакет з здвигом на одну зубцеву поділку), а також підключенням згладжувального фільтра на вихід тахогенератора . Однак повністю позбутися завад не вдається. Амплітуди пульсацій вихідної напруги тахогенераторів постійного струму складають 0,1 — 3 % від середнього значення вихідної напруги.

Переваги тахогенераторів постійного струму порівняно з асинхронними тахогенераторами: менші габаритні розміри і маса (в 2-3 раза) при більшій вихідній потужності: відсутність фазової похибки; можливе збудження постійними магнітами, що дозволяє обійтись без джерела живлення для кола збудження.

Разом з цим тахогенератори постійного струму мають недоліки, які обмежують їх застосування: наявність ковзаючого контакту між щітками і колектором, що приводить до зниження надійності тахогенератора і до нестабільності вихідної характеристики; наявність зони нечутливості; пульсація вихідної напруги; завади радіоприйому для знищення яких в деяких випадках приходиться застосовувати спеціальні заходи.

Таким чином, будь-який різновид тахогенератора має свої переваги та недоліки. Тому при виборі тахогенератора необхідно виходити з конкретних умов його роботи і вимог, які пред’являються до тахогенератора з боку автоматичного пристрою, для якого він призначається .

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”

Оставьте комментарий к статье