Датчики скорости Тахогенераторы

В этих датчиках удобно использовать в качестве входной величины изменение угловой скорости. Поэтому действие такого датчика аналогично работе генератора.

Е=СФп

, где - постоянная потока.

Тахогенераторы

Требования:

1. Линейность выходной характеристики

2. Большая крутизна выходной характеристики (чувствительность, при небольшом напряжении частоты вращения выходное напряжение изменяется очень сильно)

3. Малая амплитудная погрешность

4. Малая фазовая погрешность (для ТГ I)

5. Минимальная пульсация выходного напряжения (для ТГ = I)

6. Малый момент инерции ротора

7. Минимальная масса и габариты

Тахогенераторы постоянного тока (ТГ = I)

С электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением

В режиме холостого хода (ХХ)

Рис.22

если подключить нагрузку

За счет перехода коллектор-щетка появляется зона нечувствительности, также существует понятие скорость нечувствительности. Для уменьшения сопротивления щеток (зоны нечувствительности) применяют медно-графитовые и серебряно-графитовые щетки.

Если входной величиной для ТГ = I является w, то ТГ представляет собой апериодическое звено I порядка, если же входной величиной является угол поворота, то ТГ представляет собой реальное дифференцирующее звено. Крутизна выходной характеристики лежит в пределах (для типовых ТГ) 3 – 100 млВ/об, их применяют в системах автоматического управления.

21. Асинхронный тахогенератор (АТГ)

АТГ – двухфазный асинхронный двигатель (микроэлектрическая машина).

Полый ротор выполняется из высокоомных материалов (латунь, константан). За счет применения этих материалов высокая температурная стабильность. И у них высокая стабильность характеристик при изменении угловой скорости.

Обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток, направленный по продленной оси машины (продленная ось машины совпадает с осью полюсов обмоток на статоре сердечника).

При неподвижном роторе магнитный поток возбуждения индуцирует в роторе трансформаторную ЭДС. Сам полый ротор можно считать состоящим из отдельных элементов, проводников, которые замкнуты на торцах. Так как они замкнуты под действием трансформаторной ЭДС, протекают токи, направление которых совпадает с поперечной осью машины.

Эти токи создают магнитный поток, направленный навстречу потоку возбуждения. В результате результирующий поток направлен по продольной оси. В выходной обмотке (генераторной) ЭДС равно 0 (при неподвижном роторе), т.к. магнитный поток скользит по обмотке. При вращении ротора элементарные проводники ротора пересекают магнитные силовые линии потока возбуждения. Напряжение индуцируется в проводниках ЭДС – вращения. Под действием этой ЭДС в элементарном проводнике будут течь токи, создающие магнитное поле, направленное по поперечной оси. Этот поток пропорционален частоте вращения. Поток по поперечной оси сцепляется с выходной обмоткой и в ней индуцируется выходная ЭДС, пропорциональная скорости вращения. Выходное напряжение будет зависеть от сопротивления нагрузки:

Линейность характеристики зависит от полного сопротивления нагрузки. При высоких скоростях характеристика нелинейная. Для уменьшения скоростных погрешностей ТГ выбирают с такой синхронной скоростью, при которой значение относительной частоты вращения ротора составляет S=0,3 (скольжение должно быть равно 0,3).

Схема согласования низкоомной нагрузки и ТГ

В современных системах автоматизации ЭП, где большие пределы изменения угловой скорости и высокая точность, стабилизации скорости нужна.

Применяются цифровые датчики скорости, которые можно представить состоящими из двух частей:

1. Датчик импульсов, преобразующий угловую скорость в частоту следования импульсов.

2. Счетчик импульсов или кодовый преобразователь, который формирует цифровой код.

Структурная схема цифрового датчика

ДИ-датчик импульсов

СИ счетчик импульсов

а₀…а_n-1– цифровой код

Цифровой датчик может быть выполнен на основе индукторов и кодовый диск (фотодиск).

При вращении кодового диска с угловой скоростью w светодиод и фотодиод дают чередование максимального и минимального сигнала с частотой

N – число импульсов на один оборот диска. Для получения стабильных сигналов с неизменной амплитудой и продолжительностью есть узел формирования выходных импульсов. В усилителе У1 сигнал усиливается и симметрируется по полярности. Усилитель, собранный на VT, работает в релейном режиме, дает на выходе прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой U_п, но с переменной продолжительностью, выходной импульс с неизменной амплитудой и продолжительностью t формируется с помощью одновибратора (S).

Погрешность и точность тем выше, чем больше угловая скорость и период изменения.

Может быть несколько рядов с окружностями (т. е. несколько дорожек)

22. ПОНЯТИЕ О МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ (МУ)

Принцип действия МУ основан на свойстве ферромагнитных материалов изменять свою магнитную проницаемость при подмагничивании их полем.

Достоинства: отсутствие движущихся частей, нечувствительность к перегрузкам, высокий коэффициент усиления, возможность суммирования нескольких сигналов, возможность усиления сигналов малой мощности до10 – 13 Вт.

Недостатки: инерционность достигает несколько десятков долей секунды, большой вес и габариты.

Высокий коэффициент за счет положительной обратной связи. Без обратной связи МУ применяется редко. По виду статической характеристики МУ I_n=f(I_y) различают одноплечевые (однотипные нереверсивные МУ) и двухплечевые (двухтактные реверсивные МУ). В одноплечевых МУ нельзя добиться, чтобы при I_y=0 I_n тоже было равно 0. Также одноплечевые МУ нечувствительны к полярности входного сигнала.

От этих недостатков свободны двухплечевые МУ. При изменении полярности I_y ток нагрузки меняет свое направление на 180⁰.

Схема МУ может быть построена с выходом на переменный или постоянный ток. Ориентировочные данные для выбора МУ по мощности входного сигнала для МУ различных типов:

1. Одноплечевые без обратной связи Р_вх от 10^-3 до 10⁴ Вт

2. С обратной связью Р_вх от 10^-6 до 10⁴ Вт

3. Двухплечевые МУ с выходом на переменное напряжение Р_вх от 10^-10 до 10² Вт

4. Двухплечевые МУ с выходом на постоянное напряжение Р_вх от 10^-10 до 10^-2 Вт

5. Усилители напряжения с выходом на основной участок

Р_вх от 10^-12 до 10^-4 Вт

Простейшая схема МУ – дроссель насыщения

; ;

при Ф = i = const

При увеличении I_y > I_н

Исходные данные:

1. Параметры нагрузки МУ: I, U, P, R, cos a (I~)

2. Параметры выходной нагрузки МУ: I, U, P, R

3. Коэффициент усилия МУ по P и I

4. Схема выключения

5. Условия работы: t⁰, влажность, изменение напряжения

6. Дополнительные требования: режим работы усилителя, типы датчиков

7. Параметры источника питания: U, f, P

Дополнительные данные:

1. Режим работы усилителя (усилительное реле, сумматор), типы датчиков

2. Параметры источника питания: U, f, P

Порядок расчета:

1. По характеристикам m= f (В_мах,Н₀) для принятого материала магнитопровода. Находят В_m - значение переменной, составляющей индукции, соответствующий максимальной магнитной пропорции при отсутствии подмагничивания постоянным полем (Н₀=0)

В_мах-1,5-1,3 В_m

Сталь берем Э310, Э320 (для этих материалов графики даны в таблице).

2. Выбирают ориентировочно значение подмагничивающего поля Н_0мах в зависимости от МА магнита и отсутствия или наличия обратной связи.

При наличии ПОС Н_0мах можно принимать для маломощных МУ с сердечниками сплава типа мармалоя Н_0мах =2,5-4А/см средней мощности и сплава перминвала Н_0мах =8/12 А/см.

Сердечник из стали Э310 и др. Н_0мах =28/44 А/см.

3. По кривым зависимости Ру=f(tga/ Н_0мах), построенного для найденного значения В_мах находится мах значение удельной мощности. Напряжение составляет ему значение tga - величина пропорциональная Rн, а сам угол a - угол наклона нагрузочной линии к оси абсцисс, чем больше a, тем больше потери.

4. Определяются Н_к – переменная составляющего поля соответствует I_кзи Н_мах–наиболее значимой переменной составляющего поля и окончательно уточняется значение Н_0мах. Эти величины находятся графическим путем, построением статической характеристики МУ по семейству кривых одновременного намагничивания = U~I

5. По заданной величине Р_нагр определяют объем стали одного сердечника

[см³]

M=0,85 – при необходимости получения Р_нагр в пределах линейного участка статической характеристики этот коэффициент используется

6. По известной V_ст выбирают вид сердечника и определяют его размеры. S-сечение, l средняя длина силовой линии для переменной составляющей магнитного потока – l₀ средняя длина силовой линии для постоянной составляющей магнитного потока равна составляющей магнитного потока. Форма выбирается прямоугольной, Ш–обрразной или тороидальной.

Первые два типа из штампованной пластины, 3 витой из стальной ленты.

7. По заданной и f_пит сети и найденным В_мах, Н_к, S, l определим число витков рабочей обмотки

[витков]

8. По значениям , l и Н_мах заданному I_р задаются плотностью тока и определяют диаметр провода W_p

; мм

При ПВ =100%. Плотность тока j=2,5-3 А/см²

9. Определяют напряжение питания МУ

U=4.44 В_махfSW~*10^-4, [В]

Так как R_p малое, то U=E, E=4.44 В_махfSW~

10. По известным Н_0мах, l₀ и заданному сигналу I_y или заданному I_H и K_j выбирается коэффициент обратной связи (если она есть) и определяют число витков обмотки управления.

При отсутствии обратной связи