Реакция якоря зависит от направления вращения, посколь-ку она приводит к смещению нейтральной линии в направле-нии вращения; для равных, но противоположно направленных скоростей вращения потоки, действующие на ротор, не одина-ковы и, таким образом, соответствующие э.д.с. не точно сим-метричны.

Пусть Ке и Ке--э.д.с. холостого хода при 1000 об/мин для каждого направления вращения; асимметрия кривой Ј/=/(о>) при этом характеризуется двусторонним допуском

Напряжение U, вырабатываемое генератором, не является строго постоянным; оно содержит переменные составляющие, обусловленные а) возможным эксцентриситетом ротора и не-однородностью его магнитных свойств, что приводит к пульса-циям с частотой ш/2л; б) явлениями, связанными с коммутаци-ей пластин коллектора и вызывающими биение частоты лс<о/2я, где Uс -- число пластин. Такие пульсации можно в принципе ослабить с помощью фильтров LC или RC, хотя на малых ско-ростях вращения может возникнуть проблема с составляю-щей и. Степень модуляции напряжения на выходе генератора вследствие биения характеризуется величиной В для данной скорости вращения:

где Аи -- размах колебаний напряжения U.

Типы конструкций. Чтобы избежать использования дополни-тельного источника питания обмотки возбуждения, индуктор выполняют на постоянных магнитах. Укажем обычно исполь-зуемые материалы и порядок величин их остаточной индукции Вг и коэрцитивного поля Не. Твердые ферриты из смеси металлических оксидов: Вг-- =0,2-5-0,4 Тл; Яс= ЮО-г-250 кА/м; альнико (сплав железо -- никель -- кобальт -- алюминий -- медь): Ј,=0,8-М,3 Тл; с=504-80 кА/м; тиконал (сплав типа альнико с добавкой титана): Br=0,7-f--т-0,8 Тл; #с=120-г160 кА/м; кобальт--самарий (редкоземельный элемент): Вг=0,8-г-4-1,0 Тл; Яс=600н-700 кА/м. В противоположность альнико и тиконалу магниты из фер-ритов или редкоземельных металлов не размагничиваются при демонтаже; зато альнико и тиконал малочувствительны к тем-пературам. Классификация в порядке возрастания цены сле-дующая: феррит, альнико, тиконал, редкие земли.

Роторы бывают трех видов -- катушечные, колоколообразные, дискоидальные.

Генератор с катушечным ротором позволяет вы-рабатывать относительно большое напряжение в несколько десятков вольт. Однако реакция якоря может искажать линей-ность, а значительная индуктивность обмотки L ухудшает элек-трическое быстродействие, определяемое постоянной времени L/R; значительной является и механическая инерция. Колоколообразный ротор образуется проволочной обмоткой на пустотельном немагнитном цилиндре, вращающемся вокруг фиксированного сердечника. Такой тип конструк-ции обеспечивает значительное снижение реакции ротора, ин-дуктивности L и механической инерции. Дискоидальный ротор представляет собой изо-лированный диск, на котором закреплены пластинчатые про-водники; этот тип конструкции характеризуется, в частности, очень малой величиной индуктивного сопротивления, хорошей защищенностью от посторонних воздействий и допускает отно-сительно большие токи без искажения линейности.

Тахометрические генераторы на переменном токе

Такой тип генераторов интересен отсутствием коллектора и щеток, что способствует заметному увеличению срока службы, а также отсутствию флуктуации падения напряжения на щет-ках и подавлению паразитных сигналов при коммутациях. Од-нако схемы включения таких генераторов обычно более слож-ны, так как измерение амплитуды требует выпрямления и фильтрации выходного напряжения.

Синхронный генератор. Речь идет о небольшом генераторе переменного тока. Ротор, связанный с осью, скорость которой Статор несет якорную обмотку (одно- или многофазную), в которой возникает синусоидальная э.д.с; ев амплитуда и частота пропорциональны скорости вращения ротора, т. е.

где Ј=&iO), Q--k2<i), k\, Аг --константы генератора. Таким об-; разом, величина w может быть определена по амплитуде э.д.с,' или по ее частоте.

Примерами таких тахометров могут служить генераторы с магнето (фирма-изготовитель Chauvin -- Arnoux), имеющие од-нофазный статор и ротор в виде постоянного магнита с тремяпарами полюсов. Тахометр типа 64 имеет максимальную скорость 3000 об/мин, напряжение 24В±1% и частоту 50 Гц при1000 об/мин. У тахометра типа 64GV максимальная скорость составляет 6000 об/мин, напряжение 24В±1%, частота 200 Гц при 4000 об/мин.

Определение скорости по величине э.д.с. Импеданс якоря определяется выражением Zi=Ri+jLiQ, где Ri и U -- соответственно его сопротивление и индуктивность.

Напряжение на клеммах ротора, нагруженного сопротивлением R, по абсолютной величине равно I

Как видно, напряжение U в общем случае не является линейной функцией. Использование генератора в тахометрии требует, чтобы сопротивление нагрузки R оставалось много больше импеданса обмотки даже при максимальных скоростях u; при этом U практически равно Е.

Выходное напряжение выпрямляется и фильтруется для по-лучения постоянного пропорционального напряжения; оно не зависит от направления вращения. Эффективность фильтра па-дает с уменьшением частоты, поэтому степень биения напря-жения возрастает при малых скоростях вращения, определяя нижний предел применимости. Кроме того, наличие фильтра вносит постоянную времени, которая снижает быстродействие.

Определение скорости по частоте сигнала. Частотное изме-рение представляет интерес, когда создаваемый синхронным генератором сигнал необходимо передать на расстояние; в этом случае потери в линии не влияют на измерение.

В качестве примера опишем тахометр с электрической пе-редачей, выпускаемый фирмой Jaeger. Его задающий генератор -- трехфазный, причем каждая обмотка его ротора соединена с одной из обмоток синхронного мотора. Поэтому в моторе возникает поле, которое вращается с той же скоростью, что ротор генератора, и увлекает синхронно ротор мотора, представляющий собой магнит. Ротор мотора связан со вторым магнитом (измерительным), который вращается перед метал-лическим диском; в последнем возникают токи Фуко, пропор-циональные скорости вращения измерительного магнита, и вра-щающий момент Cm, пропорциональный скорости. Этот враща-ющий момент, согласно закону Ленца, стремится повернуть диск в сторону движения измерительного магнита; он уравновеши-вается противоположной парой сил спиральной пружины, так что отклонение а диска пропорционально скорости вращения.

Тахометрический асинхронный генератор. Его конструкция подобна конструкции двухфазного асинхронного мотора

Ротор состоит из тонкого немагнитного цилинд-ра, который вращается со ско-ростью (являющейся объек-том измерения; его масса и инерция очень малы. Статор из магнитного листового желе-за несет две расположенные квадрупольно обмотки: а) воз-буждающую обмотку, к кото-рой приложено напряжение ve с амплитудой Ve и стабильной частотой). б)измерительную обмотку, в которой наводится э.д.с. Последняя Фоомипует- тахиметрический сигнал Ј -- постоянная данного прибора.

Разность фаз <р меняется на несколько градусов во всем диапазоне изменения скоростей генератора, но испытывает ска-чок на я при смене направления вращения. При нулевой ско-рости на клеммах измерительной обмотки возникает небольшое остаточное напряжение; оно вызвано несовершенством конст-рукции -- асимметрией ротора, неоднородностью магнитного контура, неточной установкой обмоток по углу.

Порядок величин метрологических параметров прибора сле-дующий: диапазон измерений от 10 об/мин до 2-10* об/мин; из-меряемое напряжение при 1000 об/мин --от 1 до 10 В; откло-нение от линейности -- от 0,1% до 0,2% диапазона измерений; остаточное напряжение -- от 10 до 100 мВ; момент инерции ро-тора-- несколько г-см2. За исключением очень малого момен-та инерции, характеристики генераторов этого типа не слишком примечательны; кроме того, их использование требует очень стабильного возбуждающего источника. Однако такие генера-торы представляют интерес, поскольку легко могут быть вклю-чены в регулирующие или командные комплексы, в которых информация передается амплитудой синусоидальных токов фик-сированной частоты, содержащие, к примеру, такие приборы, как двухфазный мотор с управляющей обмоткой, синхродетек-гор, резольвер, индуктивный потенциометр.

Электромагнитные тахометры линейной скорости

Когда перемещение изучаемой детали значительно (свыше иетра), ее линейную скорость можно определить путем измерения угловой скорости, например, с помощью ролика либо иной вращающейся детали, являющейся частью того же уст-ройства, скорость вращения которой пропорциональна линей-ной скорости перемещения; так, скорость стального листа на выходе прокатного стана определяется скоростью вращения валков.

В случае малых перемещений датчик скорости изготавли-вается из магнита и катушки. Поскольку один из этих элемен-тов фиксирован, а другой связан с движущейся деталью, их относительное перемещение наводит в катушке э.д.с, пропор-циональную скорости. Когда подвижна катушка, она переме-щается в радиальном поле индукции тороидального возникающая в ней э.д.с. описывается выражением

где г и л -- соответственно радиус витков и их число, f--2ягп-- длина проволоки катушки, В -- величина индукции, v -- ско-рость перемещения.

Максимальное перемещение для таких конструкций состав-ляет несколько миллиметров, чувствительность -- порядка одно-го вольта на метр и секунду, а отклонение от линейности -- около ±10%.

Для перемещений более значительных (достигающих 0,5 м) используют магнит, укрепленный на движущейся детали, ко-торый перемещается вдоль оси тандема из двух катушек.

Э.д.с, наведенная в катушке перемещением магнита, про-порциональна его скорости; э.д.с. катушек имеют противопо-ложный знак, поскольку в них перемещаются противополож-ные полюса; поэтому обе катушки соединены последовательно и встречно по знаку, так что в этом случае полу-чается ненулевая суммарная э.д.с.

Примером такого измерительного прибора может служить датчик линейной скорости 7L20VT.Z (фирма-изготовитель Schaevitz), имеющий максимальный ход 500 мм, чувствитель-ность 4,8 мВ/мм/с и линейность ±1% от выходного напряже-ния.

Импульсные тахометры угловой скорости

Часто приходится измерять скорость вращения диска на валу. Поверхность такого диска состоит из р равных секторов, каждый из которых имеет характерную отметку (отверстие,, щель, зуб). В качестве образца можно использовать любое вра-щающееся тело с периодической структурой: шестерню, ось с выемками, колесо с лопатками и т. д.

Соответствующий (например, оптический) датчик, помещен-ный напротив образца, обнаруживает прохождение отметок и каждый раз выдает импульсный сигнал. Частота импульсов датчика имеет величину /:

Страницы: 1, 2, 3