Презентация "Устройство, особенности конструкции и перспективы развития тахогенераторов постоянного тока"

Устройство, особенности конструкции и перспективы развития тахогенераторов постоянного тока

• Подготовили: к-т Бучнев В.В

Введение:

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: исполнительные двигатели, электромашинные усилители и 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 (измерительными преобразователями (ИП) называются устройства, предназначенные для преобразования разного рода не электрических величин в электрические сигналы), включают в себя тахогенераторы (применяются для измерения скорости вращения объекта, используются в устройствах электропривода, в транспортных средствах, станкостроении и пр.), 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.

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. 

Синхронные тахогенераторы аналогичны по внешнему виду синхронной машине малой мощности с магнитоэлектрическим возбуждением, небольших габаритных размеров ротор, которой используется в качестве постоянного магнита. В этом случае, для сглаживания амплитуды и частоты, которые по отношению к скорости вращения пропорциональны, используются полупроводниковые выпрямители.

Этот тип тахогенератора можно охарактеризовать переменной частотой, это представляет затруднение для применения в схемах стандартного предназначения, переменного тока. Он отличается нечувствительностью к изменению направления вращения вала двигателя. В синхронных тахогенераторах используется большое количество пар полюсов. По этой причине, синхронные тахогенераторы применяются для электроприводов с небольшой скоростью вращения вала.

ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ, СОЗДАЮЩИЕ ПОГРЕШНОСТЬ ТАХОГЕНЕРАТОРОВ СИНХРОННОГО ТИПА

напряжение на выходе зависит от сопротивления измеряемой цепи;

несимметрия воздушного зазора, она способствует возникновению низкочастотных пульсаций;

магнитный поток сопровождается зубцовыми пульсациями;

параметры машины зависят от температурных изменений.

Условия и меры, применяемые при эксплуатации синхронных тахогенераторов для компенсации погрешностей аналогичны мерам, используемым для тахогенераторов постоянного тока. Пульсации выпрямленного напряжения выравниваются за счет изготовления конструкции ротора с полюсами специального профиля, благодаря этому получается необходимая ЭДС. Снижение зубцовых пульсаций происходит за счет использования сглаживающего фильтра.

Тахогенератор асинхронного типа по конструктивным особенностям аналогичен двухфазному исполнительному электродвигателю с короткозамкнутым тонкостенным ротором «беличья клетка». Питание осуществляется от электрической сети напряжения переменного тока и подается на обмотку возбуждения.

Выходная обмотка наводит двойное ЭДС, первая ЭДС со значением переменного тока трансформаторного типа (изнутри ротора), вторая ЭДС, вращения (с внешней стороны ротора). Первая ЭДС под воздействием токов создает результирующий продольный магнитный поток. При воздействии второй ЭДС, токи создают свой магнитный поток, наводящий в обмотке тахогенератора – ЭДС выходы.

Частота и амплитуда синусоиды электрической переменной сети относится пропорционально к количеству оборотов вращения ротора генератора. Чтобы изменить направления вращения, необходимо поменять выходную фазу на противоположную.

Использование тахогенераторов нашло применение в автоматических устройствах и в системах управления в виде безинерционного элемента. Для систем, в которых величина выхода является углом поворота, тахогенератор выступает в качестве абсолютного дифференциатора. В электрической цепи, к которой присоединен тахогенератор – электромагнитная инерция принимается в качестве добавочного апериодического звена.

Индукционные тахогенераторы постоянного тока

Устройства этого типа аналогичны машине постоянного тока с независимым возбуждением, осуществляемым от постоянных магнитов. Для этих машин характерна изменчивая величина передаточного коэффициента, это происходит по причине того, что щеточный контакт имеет нелинейное сопротивление. Реакции якоря создает неравномерность магнитной индукции в зазорах генератора, особенно при малом и наибольшем значении скорости.

Снижение нелинейности происходит за счет использования металлизированных обмедненных щеток, для которых характерно малое падение значения напряжения. Нелинейность, по причине реакции якоря, понижается за счет ограничения скорости и повышением величины сопротивления нагрузки.

На качество работы данного устройства оказывают влияние погрешности в технологическом плане и из-за конструктивных особенностей тахогенератора. В них входят:

пульсирующие скачки напряжения в коллекторе, зависящие от количества составляющих пластин коллектора;

зубчатая конструкция якоря;

несимметрия воздушного зазора влечет к оборотным пульсациям.

При невысокой скорости вращения, из-за этих погрешностей происходит искажение выходного сигнала, понижение значения частоты и повышается амплитуда, что способствует ограничению скоростной нижней границы тахогенератора. Для повышения качества работы и сглаживания пульсаций, в конструкции тахогенератора применяют повышенное количество пластин в коллекторе. Также используются якоря, в конструкции которых применяются пазы, особенность их заключается в скосе на одно зубчатое деление. Воздушный зазор увеличивается.

Для достижения высокой точности, конструкция тахогенератора выполняется с якорем, в котором отсутствуют пазы. Дополнительное подключение конденсаторной батареи способствует снижению пульсаций, конденсатор служит в качестве высокочастотного фильтра.

В качестве ТГПТ используются коллекторные микромашины и, менее часто, машины малой мощности постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением или возбуждением от постоянных магнитов. Эти машины по конструкции якоря (вращающейся части) подразделяют на три типа: с барабанным якорем (рис.1), с дисковым якорем (рис.2) и с полым немагнитным якорем (рис.3).

Машины с полым и дисковым якорями имеют ряд преимуществ перед машинами, имеющими барабанный якорь. Основное преимущество – момент инерции полого и дискового якоря значительно меньше, чем у барабанного. Следовательно, влияние момента инерции тахогенератора на быстродействие привода в целом будет минимальным.

Однако машины с полым немагнитным и дисковым якорями менее надежны при высоких температурах, вибрациях и ударах, т.к. вероятность деформации у таких якорей в данных условиях больше, чем у барабанных.

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; Перспективы развития:

В перспективе представляется возможным усовершенствова ние тахогенераторов постоянного тока на основе бесколлекторных электрических машин постоянного тока.

При таком конструктивном решении из-за наличия трущихся деталей контактной группы невозможно исключить искрообразование, происходит износ щеточного узла, что накладывает большие ограничения на ресурс электрической машины. Сопротивление в щеточном узле является сопоставимым с сопротивлением обмоток ротора, что приводит к потерям и низкому коэффициенту полезного действия. В совокупности это ухудшает эксплуатационные свойства машины.

Задачей является улучшение эксплуатационных характеристик

Заявляемая электрическая машина может найти широкое применение в области электротехники в качестве двигателя или генератора постоянного или переменного тока, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Вывод:

В данной работе были рассмотрены принципы и назначения устройства, при вращении вала которого на его выходе вырабатывается электрическое напряжение - тахогенератор, которое применяются в системах и устройствах автоматики и вычислительной техники в качестве функциональных элементов.

тахогенераторы (применяются для измерения скорости вращения объекта, используются в устройствах электропривода, в транспортных средствах, станкостроении и пр.)

Таким образом, любой вид тахогенератора имеет своидостоинства и недостатки. Поэтому при выборе тахогенератора необходимо исходитьиз конкретных условий его работы и требований, предъявляемых к тахогенераторусо стороны автоматического устройства, для которого он предназначается.