Тахогенераторы постоянного тока

Тахогенераторы постоянного тока — это маломощные электрические машины, работающие в генераторном режиме с возбуждением от независимой обмотки (электродинамические) или постоянных магнитов (магнитоэлектрические) и отличающиеся от других типов тахогенераторов, прежде всего, наличием щёточно-коллекторного узла. В своём классе, машин постоянного тока, мало чем отличаются от них по конструкции, но по сравнению с ними выделяется малыми габаритными размерами. 

Выходным сигналом является аналоговое напряжение, величина и полярность которого зависят от частоты и направления вращения ротора, соответственно.

Где : Uout – выходное напряжение (Uвых – на рисунке 1); Frot – частота вращения ротора в Гц;  St –крутизна выходной характеристики в  mV/мин-¹, характеризующая чувствительность тахогенератора.

Зная величины Uout и St, можно легко вычислить частоту вращения ротора в Гц:

На практике, выходная характеристика тахогенератора не имеет точной линейной зависимости, что иногда является существенным недостатком. Основные причины: неточности при изготовлении — неравномерность воздушных зазоров, нелинейное сопротивления переходного контакта (щётка-коллектор), размагничивающее действие обусловленное реакцией якоря, непостоянное значение тока обмотки возбуждения, причиной которого является изменением её электрического сопротивления из-за температурных колебаний (нагревов и т.п.,). Если идеализировать, что магнитный поток тахогенератора и сопротивление нагрузки не меняют своих значений в процессе проведения измерений, то получим результат (сплошные линии на рисунке 2, а) в виде линейных характеристик различной крутизны, в зависимости от значений сопротивления нагрузки, из которого видно — чем больше значение сопротивления нагрузки тем больше крутизна выходной характеристики тахогенератора.

Следует также обратить внимание и на рисунок 2, б, где показано зону нечувствительности тахогенератора (отрезок 0-а), обусловленную наличием щёточно-коллекторного узла. Для того чтобы уменьшить зону нечувствительности надо прежде всего стараться применять щётки с минимальным сопротивлением, содержать их в чистоте, а также по возможности применять нагрузку, имеющую как можно большее сопротивление.

В подавляющего большинства тахогенераторов постоянного тока крутизна выходной характеристики находится в пределах St =3…1000 mV/мин-¹ ( с постоянными магнитами обычно имеют меньшие значения крутизны), номинальные частоты вращения в пределах Frot =1000…10000 мин-¹. Наибольшее распространение получили машины  где Frot=1500…3000 мин-¹.

Преимущества:

• значительная выходная мощность, при относительно малых габаритах и массе;
• удобная аналоговая форма представления выходного сигнала, полярность которого     позволяет (без применения специальных схемных решений) получать информацию о     направлении вращения  ротора, а величина выходного напряжения позволяет вычислить      измеряемую частоту вращения (чем больше, тем больше частота);
• при применении тахогенератор с магнитоэлектрическим возбуждением (от постоянных       магнитов) не требуется дополнительный источник питания для возбуждения тахогенератора, что в свою очередь даёт возможность просто и довольно надёжно применять тахогенераторы постоянного тока для решений различных технических задач;
• достаточно широко распространены;

Недостатки:

• наличие щёточно-коллекторного узла:
  • при вращении ротора, из-за переключений (коммутаций) обмоток коллектора,       неравенств их проводимостей, вибрации щёток, и т.д. появляются дополнительные пульсации, которые могут принимать значения достаточные для создания радиопомех и других электромагнитных наводок;
  • уменьшает сроки эксплуатации по сравнению с другими типами тахогенераторов;
  • в некоторых случаях может создавать дополнительную механическую нагрузку,             поскольку содержит трущиеся детали (щётки, контактные кольца);
  • при неправильном геометрическом расположении щёток появляется асимметрия             выходного напряжения;
• не измеряет очень медленных вращений, так как при этом выходной сигнал слишком мал;
• обеспечивают выходную практически линейную характеристику только в относительно      небольших  диапазонах частот вращения, что в прочем характерно и  для других типов      тахогенераторов;
• изменение свойств магнитов из-за старения;

Несмотря на указанные выше недостатки, тахогенераторы постоянного тока широко применяются в системах автоматического регулирования, электроприводе, для измерений скорости вращения, а также в качестве датчиков обратной связи и так далее.

Пример конструкции тахогенераторов постоянного тока изображен на рисунке приведенном ниже. На рисунке 3, а) – с возбуждением от постоянных магнитов (магнитоэлектрический), на рисунке 3, б) — с возбуждением от независимой обмотки (электродинамический).