Синхронные тахогенераторы переменного тока

Осциллограмма, показывающая зависимость частоты и напряжения выходного сигнала синхронного тахогенератора от частоты вращения ротора.
Жёлтый — выход 16-полюсного тахогенератора.
Синий — датчик положения ротора (1 импульс на 1 оборот).
частоты вращения:
сверху 8 Гц, снизу 16 Гц

Представляют собой бесколлекторные синхронные машины с ротором, подмагниченным постоянным магнитом. На статоре расположены одна или несколько обмоток.

Такой тахогенератор преобразует скорость вращения ротора в переменное напряжение, амплитуда и частота которого прямо пропорциональны скорости вращения ротора.

Недостаток синхронного тахогенератора — невозможность определения направления вращения, что в некоторых применениях нежелательно.

Часто ротор выполняют в виде многополюсного постоянного магнита, поэтому на 1 оборот ротора генерируется несколько периодов выходного сигнала.

Измерения скорости вращения допустимо двумя способами — частотным и амплитудным.

Синхронные и асинхронные тахогенераторы обладает бо́льшим сроком службы по сравнению с тахогенераторами постоянного напряжения, так как в них отсутствуют коллекторно-щёточный узел.

Частотный способ определения скорости вращения

Так как частота выходного сигнала не зависит от температуры, уменьшения магнитного потока вызванного старением и величины зазора между ротором и статором тахогенератора, то этот способ является одним из самых точных.

Скорость вращения вычисляется путём определения частоты выходного сигнала и дальнейшим вычислением частоты вращения ротора по формуле:

F r o t = F o u t p, где F r o t — частота вращения ротора в Гц,

F o u t — частота сигнала на выходе тахогенератора в Гц,

p — число пар полюсов ротора тахогенератора.

Недостатком частотного метода является то, что для более точного определения скорости необходимо больше времени, и за это время скорость может значительно измениться. Из этого следует, что чем больше времени тратится на накопление импульсов для определения частоты, тем больше динамическая погрешность в измерениях, поэтому в следящих системах автоматического регулирования скорости вращения происходит запаздывание реакции на возмущение и это в некоторых применениях нежелательно.

Для снижения динамической погрешности используют тахогенераторы с бо́льшим числом полюсов, это позволяет сократить время определения выходной частоты, а значит и время реакции управляющей системы авторегулирования.

Определить частоту сигнала можно из накопленных и усредненных периодов нескольких импульсов. Расчет производится по формуле:

F o u t = N T 1 +... + T N = N ∑ i = 1 N T i, где F o u t — частота сигнала на выходе тахогенератора,

N — число накопленных импульсов,

T — длительность периода.

При таком способе определения скорости вращения надо учитывать, что амплитуда выходного сигнала тоже меняется, а значит вход частотного детектора должен быть спроектирован для приема входного сигнала с изменяющейся в широких пределах амплитудой, что иногда является недостатком из-за усложнения схемы.

Амплитудный способ определения скорости вращения

Результат работы простой схемы выпрямления и фильтрации переменного напряжения: кремниевый диодный мост и RC цепь.
Желтый — сигнал после диодного моста.
Синий — сигнал после RC цепи.
Видно резкое ускорение и плавное торможение.

Такой способ определения частоты не очень точен из-за зависимости от температуры, зазора между ротором и статором, от изменений магнитного потока магнита ротора при старении, а также из-за влияния частотной интермодуляции на реактивные элементы цепи. Но, в ряде случаев, данный способ оправдывает себя, компенсируя недостатки простотой схемы управления.

По мере увеличения скорости вращения, ЭДС, генерируемая в обмотке статора СТГ, будет возрастать. Для снятия показаний с тахогенератора и приведения их к удобной форме используется одно- или двухполупериодный выпрямитель и НЧ фильтр, сглаживающий пульсации.

Отношение напряжения к частоте вращения ротора описывает параметр крутизна выходного напряжения, или коэффициент преобразования, представляемый обычно в m V ⋅ R P M (милливольт на оборот в минуту). По этому параметру можно определить частоту вращения ротора по формуле:

F r o t = U o u t 60 S t, где F r o t — частота вращения ротора в Гц,

U o u t — выходное действующее напряжение с тахогенератора,

S t — крутизна выходного напряжения в m V ⋅ R P M .

Достоинства и недостатки

Достоинства:

· Пара тахогенератор — тахометр не требует дополнительных источников питания, просто и достаточно надёжно в работе.

Недостатки:

· Тахогенераторы не могут измерять очень медленное вращение — амплитуда генерируемого сигнал становится очень малой.

· Тахогенераторы создают дополнительную крутящий момент трения на вращающийся вал, что вносит некоторую ошибку в измерения, но обычно она несущественна.

· Содержат трущиеся детали, и поэтому требуют периодическое техническое обслуживание.