Основой для создания электрических машин и трансформаторов явился открытый М.Фарадеем закон электромагнитной индукции. Начало практического применения электрических машин было положено русским академиком Б.С.Якоби, который в 1834 г. создал конструкцию электрической машины, явившуюся прототипом современного электродвигателя.
Практическое применение трансформаторов началось в 1876 г., когда русский ученый П. Н. Яблочков впервые применил трансформаторы для питания изобретенных им электрических свечей. Широкому применению электрических машин в промышленности способствовало изобретение русского инженера М.О. Доливо-Добровольского (в 1889 году) трехфазного асинхронного двигателя, отличающегося простотой конструкции и высокой надежностью. К началу XX в. были созданы почти все виды современных электрических машин и разработаны основы их теории.
Электрические машины малой мощности (микромашины), применяются в системах и устройствах автоматики и вычислительной техники в качестве функциональных элементов. Все электромашинные элементы автоматики разделяются на три группы:
- ь исполнительные двигатели;
- ь электромашинные усилители;
- ь информационные машины.
Исполнительные двигатели осуществляют преобразование электрического сигнала в механическое перемещение, они могут быть асинхронными, постоянного тока и шаговыми.
Электромашинные усилители служат для усиления мощности электрических сигналов.
Информационные машины включают в себя тахогенераторы, сельсины, магнесины и вращающиеся трансформаторы. Эти машины служат для преобразования механических величин (угла поворота, частоты вращения или ускорения) в электрический сигнал или для передачи механического перемещения на расстояние.
Общие сведения и классификация тахогенераторов
Тахогенераторами называют электрические микромашины, работающие в генераторном режиме и служащие для преобразования угловой скорости в пропорциональный электрический сигнал. При этом закон преобразования определяется выходной характеристикой тахогенератора.
Уравнение показывает, что тахогенератор можно использовать для электромеханического дифференцирования, если функцию задавать в виде угла поворота ротора.
Конструкция тахогенераторов практически не отличается от конструкции соответствующих типов электрических двигателей. Тахогенераторы подразделяют на три основные группы:
Электрические машины малой мощности
... обратного преобразования механической величины в электрический сигнал по определенной функциональной зависимости. Электрические машины малой мощности оказывают ... машины называются электромашинными преобразователями. Электрическая машина имеет две основные части — вращающуюся, называемую ротором, и неподвижную, называемую статором (рис. 1). Рис. 1. Обычная конструктивная схема электрической машины, ...
- ь коллекторные постоянного тока;
- ь асинхронные переменного тока;
- ь синхронные.
Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются:
1) минимальная погрешность отображения функциональной зависимости, под которой понимают отклонение выходной характеристики от линейной зависимости;
2) минимальное изменение фазы выходной э.д. с., при изменении угловой скорости ротора (для асинхронного тахогенератора);
3) максимальная крутизна;
4) малый момент инерции ротора;
5) малая электромагнитная постоянная времени.
Погрешность отображения функциональной зависимости дUт определяется как отношение наибольшей по абсолютному значению погрешности в номинальном диапазоне угловых скоростей к выходному напряжению, при номинальной угловой скорости ротора. Изменение фазы выходной э.д.с. асинхронного тахогенератора дф определяется как наибольшая разность фаз э.д.с. на выводах выходной обмотки тахогенератора при изменении угловой скорости ротора в номинальном диапазоне.
Анализ погрешностей асинхронных тахогенераторов
Погрешности асинхронного тахогенератора принято делить на два вида — амплитудные и фазовые.
Амплитудной погрешностью дU называется выраженное в процентах отклонение реальной характеристики Ur =f (v), при данной скорости v от идеальной, отнесенное к номинальному (максимальному) значению выходного напряжения Uгн (при v =vh).
Фазовой погрешностью дф называется отклонение фазы выходного напряжения Ur от фазы напряжения, принятого за базовое.
Величина амплитудной и фазовой погрешностей зависит не только от свойств тахогенератора, но и от того, какая характеристика принята за идеальную, какое напряжение Ur (v) принято за базовое, т. е. от того, как откалиброван тахогенератор.
Именно поэтому на практике амплитудную и фазовую погрешности тахогенератора подразделяют на:
1) скоростные по амплитуде дUv и по фазе дфv ;
2) температурные соответственно дUv и по фазе дфv;
3) частотные дUv и по фазе дфv .
Крутизна, несимметрия выходной характеристики. Положительные и отрицательные качества асинхронных тахогенераторов
Крутизна выходной характеристики [В/(об/мин)]:
определяет чувствительность тахогенератора к изменению скорости вращения. Чем больше крутизна выходной характеристики, тем точнее и чувствительнее (к изменению скорости) работает вся система автоматического регулирования, элементом которой является тахогенератор.
Крутизна k зависит от величины магнитного потока возбуждения Фds сопротивления ротора Zr, числа витков генераторной обмотки wr. Чем больше поток обмотки возбуждения Фds, тем больше э. д. с. и ток ротора, больше поток Фqr , а, следовательно, и выходное напряжение Ur. Чем меньше Zr и больше число витков генераторной обмотки wr, тем больше ток ротора и выходное напряжение тахогенератора Ur, а значит, и его крутизна k.
Увеличение крутизны (выходной характеристики) тахогенератора почти всегда ведет к увеличению его амплитудной и фазовой погрешностей. Действительно, увеличение крутизны требует уменьшения сопротивления ротора Zr (а оно в основном активное), в то же время уменьшение Rr ведет к уменьшению линейности выходной характеристики, к увеличению амплитудной и фазовой погрешностей. То же самое можно сказать и о влиянии увеличения wr.
Управление асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
... в связи с уменьшением индуктивных сопротивлений обмоток асинхронного двигателя и работой двигателя при малых скольжениях также увеличиваются. При регулировании частоты в процессе управления скоростью асинхронного двигателя возникает необходимость изменения и амплитуды (действующего ...
Поэтому при проектировании тахогенераторов всегда исходят из того, что от него требуется — либо большая крутизна k, либо меньшие погрешности дU и дф.
Крутизна современных тахогенераторов весьма различна и определяется назначением тахогенератора: у точных тахогенераторов k=1-3 мВ/ (об/мин); у тахогенераторов следящих систем k=6+10 мВ/(об/мин).
Несимметрия выходной характеристики — зависимость величины (амплитуды) выходного напряжения тахогенератора от направления вращения явление весьма нежелательное. При изменении направления вращения ротора теоретически должна меняться на обратную (на 180°) только фаза выходного напряжения. Однако практически у всех тахогенераторов выходная характеристика несимметрична, при вращении ротора в различных направлениях она имеет разную крутизну, особенно в начальной части — при малых n.
Большое влияние на несимметрию (особенно при малых n) оказывает остаточная э.д.с. тахогенератора Ео, наводимая в генераторной обмотке при неподвижном роторе.
Выходную э. д. с. тахогенератора можно рассматривать как сумму остаточной э.д.с. ЕО (при n? 0), и основной генераторной э. д. с. Erv, изменяющейся прямо пропорционально скорости:
Так как при изменении направления вращения Eo остается постоянной, а Erv меняет фазу на 180°, то, как это видно из векторной диаграммы на рис. 3, выходная э.д.с. Ет изменяется по величине.
Важнейшим способом борьбы с несимметрией выходной характеристики является уменьшение остаточной э.д.с. Е 0.
К положительным качествам асинхронных тахогенераторов, которые способствуют их весьма широкому распространению, следует отнести:
- ь бесконтактность — отсутствие скользящих контактов;
- ь малоинерционность, обусловленную малым моментом инерции ротора;
- ь наличие малого момента сопротивления (трения в подшипниках и тормозящего электромагнитного), вследствие отсутствия радиальных и аксиальных сил, действующих на ротор;
- ь большую надежность;
- ь неплохую стабильность характеристик.
Недостатками асинхронных тахогенераторов, ограничивающими области их применения, являются:
- ь теоретическая и практическая нелинейность выходной характеристики;
- ь наличие фазовой погрешности;
- ь наличие остаточного напряжения;
- ь малая выходная мощность, что приводит к необходимости увеличения габаритов (асинхронный ТГ по габаритам в 2-4 раза больше ТГ постоянного тока, имеющего одинаковую выходную мощность);
- ь низкий cos ф большие габариты и масса.
Однако несмотря на наличие существенных недостатков асинхронные тахогенератры с полым ротором как у нас, так и за рубежом выпускаются в больших количествах.
Работа асинхронного тахогенератора при возбуждении постоянным током
асинхронный тахогенератор ток погрешность
В схемах автоматики нередко асинхронные тахогенераторы возбуждаются постоянным током. Рассмотрим физические процессы, имеющие место в тахогенераторе в этом случае. При постоянной скорости вращения (n = const) э. д. с. вращения, наводимая в «волокнах» ротора постоянным по величине потоком возбуждения Фds постоянна
Ротор. по курсу Нефтегазопромысловое дело
... проникновения бурового раствора внутрь станины и выбрасывание смазки из ротора при вращении стола. Приводной вал 6 установлен в станине на двух ... он при ловильных и прочих работах, где требуется вращение бурильных труб. Привод ротора осуществляется через буровую лебедку цепной или карданной ... должна быть не ниже HRC 45. Так как окружные скорости конической передачи достигают 15—20 м/с и более передача ...
Er = n(Фds=const).
Постоянными по величине являются и ток ротора от этой э. д. с. и поток Фqr, возбуждаемый током ротора. Это значит, что э. д. с. в генераторной обмотке не наводится. При n = const:
При переменной скорости вращения (n= var) пропорционально скорости изменяются э. д, с. вращения ротора (Er = nФds) ток ротора и возбуждаемый им поток ротора Фqr попоперечной оси. Это значит, что в генераторной обмотке наводится э. д. с., пропорциональная производной скорости n по времени:
Так как скорость n пропорциональна первой производной угла по времени n = da/dt, то, очевидно, что э. д. с. генераторной обмотки будет пропорциональна второй производной угла по времени: т. е. ускорению.
Таким образом, выходная э. д. с. Ег и выходное напряжение Uг асинхронного тахогенератора при питании его обмотки возбуждения постоянным током пропорциональны ускорению ротора. Иными словами, тахогенератор в этом режиме является генератором — датчиком ускорений.
Как датчики ускорений асинхронные тахогенераторы довольно широко используются в схемах автоматики: например, в приборах, предназначенных для определения и записи кривой вращающего момента асинхронных двигателей в динамическом режиме.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/asinhronnyie-tahogeneratoryi/
1. Е.В. Армейский «Электрические машины» :Москва «высшая школа» 1985 год.
2. Ф.М.Юферов « Электрические машины автоматических устройств» :Москва «высшая школа» 1976 год.
3. Хрущев В.В. «Электрические машины систем автоматики» -Л. «Энергоавтомиздат» 1985 год.
