Асинхронный тахогенератор

Конструкция асинхронного тахогенератора ничем не отличается от асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором. Как и в ИД, одна из обмоток статора подключается к сети переменного тока и называется обмоткой возбуждения (ОВ), с другой - генераторной обмотки (ГО) снимается выходное напряжение (рис. 4.1).

Рис. 4.1. К вопросу о принципе действия асинхронного тахогенератора

Принцип действия асинхронного тахогенератора заключается в следующем. (Для упрощения качественного анализа примем полый ротор состоящим из конечного числа витков, замкнутых на торцах).

При питании обмотки возбуждения переменным током частоты f_В возникает пульсирующий магнитный поток Ф_В, который во вращающемся роторе индуцирует два вида ЭДС: трансформаторную ЭДС - Е_Т (показана внутри ротора) и ЭДС вращения - Е_ВР (показана снаружи ротора).

В контурах, перпендикулярных оси обмотки возбуждения, под действием трансформаторной ЭДС протекают токи и возникает поток Ф_ТР, который в соответствии с принципом Ленца направлен встречно потоку обмотки возбуждения, однако его действие компенсируется увеличением тока возбуждения. Так как ось генераторной обмотки перпендикулярна потоку Ф_ТР, он не будет индуцировать в ней никакой ЭДС.

В контурах, параллельных оси обмотки возбуждения, но теперь уже под действием ЭДС вращения тоже протекают токи, которые создают свой поток Ф_ВР. Он, пульсируя по оси генераторной обмотки, и наводит в ней выходную ЭДС.

Если принять, что магнитный поток возбуждения является гармонической функцией времени ф = Ф_msin(w₁t), то мгновенное значение ЭДС вращения будет е_вр = с_еФ_msin(w₁t)n. Ток, созданный этой ЭДС, i = e_вр/r_р = c_е/r_р*Ф_msin(w₁t)n. (Индуктивным сопротивление ротора можно пренебречь, поскольку он немагнитный, да к тому же выполнен из материала с высоким удельным сопротивлением). При отсутствии насыщения магнитный поток пропорционален току ф_вр = k_фi = k_фc_е/r_р*Ф_msin(w₁t)n. Тогда мгновенное значение выходной ЭДС будет е = -W_Гdф_вр/dt = -W_Гk_фc_е/r_р*Ф_mw₁cos(w₁t)n = Е_msin(w₁t - 90⁰). Угловая частота сети w₁ = 2pf. Так как ЭДС изменяется по гармоническому закону, ее действующее значение будет

Таким образом, величина выходной ЭДС асинхронного тохогенератора пропорциональна угловой скорости вращения, а ее частота равна частоте сети возбуждения.

При подключении нагрузки выходное напряжение U_Г станет меньше ЭДС Е_Г на величину внутреннего падения напряжения I_ГZ_Г

В общем случае асинхронный тахогенератор (АТГ) представляет несимметричную двухфазную машину, которую можно исследовать методом симметричных составляющих, что приводит к следующему выражению выходной характеристики [1]

(4.2)

где: k = W_ЭГ/W_ЭВ - коэффициент трансформации АТГ; - напряжение возбуждения; n = n/n₁ - относительная частота вращения; - комплексные коэффициенты, зависящие от величины и характера нагрузки Z_Н, от параметров схемы замещения АТГ.

Как следует из выражения (4.2), выходное напряжение U_Г не является линейной функцией относительной угловой скорости вращения n. Нелинейность создает квадратичная зависимость Вn². Если Вn² = 0, то U_Г становится пропорциональным n, а тахогенератор считается идеальным. При проектировании АТГ выражение Вn²стремятся уменьшить как за счет уменьшения n так и за счет уменьшения В.

Так как n₁ = 60f/р, то с целью уменьшения n тахогенераторы проектируют на большую частоту f. Правда при этом не уменьшают р, поскольку при р > 1, слабее проявляется магнитная несимметрия машины. Обычно р = 2.

Комплексный коэффициент В [1]:

где Z_CB - полное сопротивление обмотки возбуждения статора АТГ. Ясно, что с увеличением r_P, коэффициент В будет уменьшаться. Вот почему ротор АТГ выполняют из материала с высоким удельным сопротивлением (фосфористой или марганцевой бронзы, манганина и др.)! Повышению линейности выходной характеристики способствует и работа при больших сопротивлениях нагрузки Z_H. К уменьшению k и Z_CB обычно не прибегают т.к. первое снижает крутизну выходной характеристики, а второе - увеличивает габариты АТГ.