Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Тахогенераторы используются в качестве датчика угловой скорости, представляют собой маломощные электрические машины, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал. Принцип действия основан на использовании закона электромагнитной индукции - в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающим магнитный поток, индуцируется э.д.с. Тахогенераторы предназначены для получения напряжения, пропорционального частоте вращения, и применяются в качестве электрических датчиков угловой скорости. В зависимости от вида выходного напряжения они делятся на тахогенераторы постоянного и переменного тока.

Тахогенераторы постоянного тока (рисунок 28) конструктивно представляют собой электрогенераторы постоянного тока и выполняются с возбуждением от постоянных магнитов или электромагнитов. При вращении якоря тахогенератора с частотой “ n” , с его щеток снимается э.д.с., значение которой определяется по формуле :

 

 

Рисунок 28

 

E = Kе× Ф×n

 

где - коэффициент, зависящий от конструкции и схемы якоря ;

P - число пар полюсов ;

W - число витков обмотки якоря ;

2а - число параллельных ветвей обмотки якоря ;

Ф - магнитный поток.

 

Для данного типа тахогенератора магнитный поток Ф является величиной постоянной, так как он создается постоянными магнитами . Поэтому э.д.с. зависит от частоты вращения якоря тахогенератора “n” - рисунок 29.

Рисунок 29

 

Выходные характеристики тахогенератора для различных значений нагрузок RН различны. С увеличением частоты вращения тахогенератора до определенного момента его выходное напряжение U вых. растет пропорционально “n” и только при большой частоте линейность характеристики нарушается, причем, чем больше сопротивление нагрузки RН, тем больше крутизна характеристики и тем больше ее линейность.

В автоматике применяются тахогенераторы постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением.

В них магнитный поток возбуждения ФВ создается специальной обмоткой возбуждения ОВ, которая располагается на полюсах статора – рисунок 30. В этом случае магнитный поток равен :

ФВ = kФ× IВ

 

где kФ - коэффициент пропорциональности;

IВ - ток в обмотке возбуждения

 

Э.Д.С. тахогенератора определяют из выражения :

Е = kе× ФВ × n

 

 

 
 

Рисунок 30

 

Из формулы следует, что э.д.с. тахогенератора зависит не только от частоты вращения якоря “n” , но и от магнитного потока обмотки возбуждения ФВ , т.е. тока в обмотке возбуждения IВ. При изменении направления вращения якоря меняется полярность выходного сигнала.

Приведенные формулы для определения э.д.с. справедливы только при работе его на холостом ходу.

При работе тахогенератора с нагрузкой RН его выходное напряжение равно :

UВЫХ = Е - IН ×RН

где - ток нагрузки .

 

RЯ - сопротивление цепи якоря, которое состоит из сопротивления самой якорной обмотки и сопротивления переходного контакта между коллектором и щетками.

 

Выходная характеристика тахогенератора с независимым электромагнитным возбуждением аналогична выходной характеристики тахогенератора постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов.

Конструкции тахогенераторов с возбуждением от постоянных магнитов проще, чем конструкции тахогенераторов с независимым электромагнитным возбуждением, потому что отсутствует дополнительный источник питания.

Главное требование, предъявляемое к тахогенераторам, - это точность преобразования механического вращения в электрическое напряжение.

Основные причины погрешностей тахогенераторов постоянного тока:

1) в тахогенераторах с возбуждением от постоянных магнитов - изменение потока магнита за счет старения или вследствие влияния температуры;

2) в тахогенераторах с независимым электромагнитным возбуждением изменение сопротивление обмотки возбуждения (тока возбуждения) при изменении температуры. Для уменьшения влияния температуры в цепь обмотки возбуждения включается дополнительное сопротивление R , не зависящее от температуры;

3) в тахогенераторах обоих типов - зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки RН или тока нагрузки IН , как вследствие падения напряжения в обмотке его якоря и щеточных контактов, так и вследствие реакции якоря (реакция якоря - это явление, заключающееся в том, что ток нагрузки IН, протекая по обмотке якоря, создает вращающийся магнитный поток, который наводит противо-э.д.с. в обмотке возбуждения ОВ.

Вследствие этого ток возбуждения IВ уменьшается, что приводит к уменьшению магнитного потока возбуждения ФВ тахогенератора, в результате чего напряжение UВЫХ также уменьшается.

Основным недостатком тахогенераторов постоянного тока является наличие коллектора и щеток, имеющих нестабильное переходное контактное сопротивление. Это приводит к нестабильности выходного напряжения тахогенераторов и к появлению нечувствительности при частотах вращения якоря, близких к нулю.

Тахогенераторы переменного тока можно разделить на два вида: синхронные и асинхронные. Основным преимуществом тахогенераторов переменного тока по сравнению с тахогенераторами постоянного тока являются:

отсутствие коллектора и щеток;

синусоидальная форма выходной э.д.с..

Тахогенератор синхронного типа состоит из неподвижного статора, в пазах которого размещены обмотка ротора в виде постоянного магнита с несколькими полюсами. При вращении ротора в обмотке статора наводится переменная э.д.с., имеющая синусоидальную форму, причем амплитуда и частота э.д.с. пропорциональна частоте вращения ротора.

Схема включения синхронного тахогенератора показана на рисунке 31.

Рисунок 31

 

Для получения постоянной полярности выходного напряжения нагрузка RН в схеме включена через выпрямитель.

Синхронный тахогенератор на практике применяется редко, т. к. при изменении частоты вращения ротора частота напряжения UВЫХ. изменяется, что затрудняет использование его в схемах переменного тока. Синхронные тахогенераторы используются в качестве индикаторных тахометров, которые служат для непосредственного измерения частоты вращения различных меха- низмов (нагрузкой тахогенератора является вольтметр, шкала которого отградуирована в числах оборотов в мин.).

Действующее значение э.д.с. генератора определяется по формуле :

E = 4,44 × kW × f ×W× Ф

где k W - обмоточный коэффициент статорной обмотки;

f - частота напряжения источника питания;

W - число витков статорной обмотки;

Ф - магнитный поток.

 

 

ГЕНЕРАТОРНЫЕ ДАТЧИКИ РЕАКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Трансформаторные (взаимоиндуктивные) датчики- принцип действия основан на изменении индуктивности катушек при перемещении якоря. Особен ностью трансформаторных индуктивных датчиков является то, что в них отсутствует электрическая связь между цепью питания (возбуждения) и измери- тельной цепью. Возможность изолировать цепь нагрузки от цепи питания позволяет получить любое напряжение на выходе нагрузки независимо от величины источника питания. Схема трансформаторного датчика с подвижным якорем, используемого для измерения малых перемещений, показана на рисунке – 32.

Рисунок 32

 

Обмотка возбуждения W1 питается переменным напряжением U~которое создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф~. В обмоткеW2,являющейся вторичной, индуцируется э.д.с. Е2 величина которой находится в определенной зависимости от величины зазора d.

Если ток I поддерживать постоянным, то Е2= w ×W2× Ф~= f(х)

где w - угловая частота; W - число витков вторичной обмотки;

Ф~ - магнитный поток.

 

Таким образом, индуцированная во вторичной обмотке э.д.с. Е2 будет функционально зависеть от контролируемой величины “X”.

Схема трансформаторного датчика с короткозамкнутым витком –рисунок 33.

 

Рисунок 33

 

 

Трансформаторный датчик имеет короткозамкнутый виток 3, который под воздействием измеряемой величины “Х” может перемещаться в рабочем зазоре.

В зависимости от положения витка в рабочем зазоре с ним сцепляется большая или меньшая часть основного магнитного потока, создаваемого об- моткой W1. Магнитный поток, сцепляющийся с короткозамкнутым витком, индуцирует в нем токи, которые создают активные потери, что эквивалентно введению в магнитную цепь дополнительного реактивного магнитного сопротивления Х М. При перемещении короткозамкнутого витка происходит изменение общего магнитного сопротивления, пропорциональное перемещению “Х”.

Таким образом, если под действием контролируемой величины “Х” перемещается короткозамкнутый виток, то будет изменяться магнитный поток, сцепленный с обмотками W1 и W2, а следовательно, и э.д.с. во вторичной обмотке. Прибор, включенный во вторичную обмотку W2 покажет изменение измеряемой величины DХ .

 

 

Схема трансформаторного датчика угла поворота –рисунок 34.

 

Рисунок 34

Применяется для передачи на расстояние показаний различных приборов и для измерения больших угловых перемещений. Он состоит из неподвижного магнитопровода 1 с обмоткой W2, поворотной рамки 2 с обмоткой W2 , обмотки перемещения WСМ и сердечника 3. Рамка может поворачиваться в кольцевом зазоре магнитопровода вокруг сердечника3.

Катушка возбуждения W1 создает переменное магнитное поле, индукция которого равномерна в зоне полюсов.

Если подвижная рамка расположена горизонтально (положение a0), то наведенная в ней э.д.с. равна нулю, так как магнитные линии не пересекают витков рамки. При крайних положениях рамки ( a1 или a2) индуцированная в ней э.д.с. Е2 имеет максимальное значение.

Э.д.с. индуцируемая в рамке при повороте ее на некоторый угол a

где w - угловая частота;

Вd - амплитудное значение магнитной индукции в зазоре;

b - активная длина провода рамки, пересекаемого полем;

W2 - число витков рамки;

RP - средний радиус рамки.

 

При постоянных значениях частоты и напряжения источника питания UЭ.Д.С. Е2= k×a, т.е. наведенная в рамке э.д.с. пропорциональна углу поворота a. При переходе рамки через горизонтальное положение фаза э.д.с.Е2 изменяется на 180°.

Индукционный датчик– рисунок 35состоит из катушки и магнитной системы и предназначен для измерения линейных или угловых перемещений.

 

Рисунок 35

 

 

Принцип действия индукционных датчиков генераторного типа основан на измерении э.д.с. , индуцируемой в катушке при изменении магнитного потока, пронизывающего витки катушки. Обмотки W1 датчика питаются постоянным напряжением U­. Под воздействием измеряемой величины “Х” обмотка W2 начнет перемещаться и по закону электромагнитной индукции индуцированная в этой обмотке э.д.с. Е будет определяться скоростью изменения магнитного потока dФ / dt ,т. е.

Е = -W2× dФ / dt

Так как скорость изменения магнитного потока определяется скорос- тью перемещения обмотки в воздушном зазоре, то такой датчик имеет входную величину в виде скорости линейных или угловых перемещений, а выходную - в виде индуцированной э.д.с. Поэтому такие датчики называются индукционными . Магнитный поток Ф в них создается, как правило при помощи постоянных магнитов.

По принципу действия индукционные датчики делятся на две группы:

1. Датчики, у которых катушка перемещается относительно постоянного магнита, совершая линейное или угловое j перемещение.

2. Датчики, у которых якорь или кольца из ферромагнитного материала, перемещается относительно неподвижных катушки и магнита.

К первой группе относятся датчики, приведенные на рисунке – 36. Катушка 1 связана с подвижной частью устройства 2 (первичный измеритель) который перемещается относительно постоянных магнитов 3.

Рисунок 36

 

В этом случае индуцированная э.д.с. наводится в катушке 1 благодаря линейным перемещениям катушки в зазоре магнита. Э.д.с. катушки снимается при помощи коллектора и щеток.

В некоторых инструкциях катушка выполняется неподвижной, а перемещается постоянный магнит – рисунок 37.

В индукционных датчиках второй группы постоянный магнит и катушка 1 неподвижны, а якорь 2 является подвижным и механически связанными с испытываемым устройством.

Рисунок 37

 

В большинстве конструкций индукционных датчиков зависимость величины э.д.с. от скорости перемещения является линейной.

Погрешность индукционных датчиков вызывается нестабильностью параметров магнитных материалов во времени достигает значения 0,5-1,5%

Индукционные датчики обладают большой точностью и чувствительностью, что позволяет непосредственно использовать их для измерения скорости без применения усилительных элементов.

В устройствах автоматики индукционные датчики применяются в качестве сельсинов.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:1331

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.