Tachogeneratoren — typen, apparaat en werkingsprincipe

Het woord "tachogenerator" komt van twee woorden - van het Griekse "tachos" dat "snel" betekent en van het Latijnse "generator". De tachogenerator is een variabele of constante elektrische meetmicromachine, die op de as van de apparatuur is gemonteerd en de huidige waarde van de rotatiesnelheid van de as omzet in een elektrisch signaal, waarvan de parameter informatie over de rotatiefrequentie bevat.

Deze parameter kan zijn opgewekte EMF of de frequentiewaarde van het signaal. Het uitgangssignaal van de tachogenerator kan worden toegevoerd aan een visueel display (bijvoorbeeld een display) of aan een automatisch assnelheidsregelapparaat waarop de tachogenerator werkt.

Tachogeneratoren zijn er in verschillende typen, afhankelijk van het type signaal dat aan de uitgang wordt gegenereerd: met een wisselspannings- of stroomsignaal (asynchrone of synchrone tachogeneratoren), of met een constant signaal.

DC tachogenerator

Een DC-tachogenerator is een collectormachine met excitatie ofwel door permanente magneten (vaker) of door een opwindende spoel (minder gebruikelijk) op de stator. De gemeten emf wordt geïnduceerd op de rotorwikkeling van de tachogenerator en blijkt recht evenredig te zijn met de hoeksnelheid van de rotor, in feite met de veranderingssnelheid van de magnetische flux, in exacte overeenstemming met de wet van elektromagnetische inductie.

Het uitgangssignaal - een spanning waarvan de waarde ook recht evenredig is met de hoeksnelheid van de rotor - wordt via de borstels van de collector verwijderd. Sinds de baan erbij hoort verzamelaar en borstels, is zo'n unit sneller aan slijtage onderhevig dan een AC tachogenerator. Het probleem is dat de borstelverzameleenheid tijdens zijn werk impulsruis genereert in het uitgangssignaal van een dergelijke tachogenerator.

Op de een of andere manier is het uitgangssignaal van de DC-tachogenerator een spanning, waardoor het moeilijk is om de spanning nauwkeurig om te zetten in snelheid, omdat de magnetische afbuigflux afhankelijk is van de temperatuur van de magneten, van de elektrische weerstand op het contactpunt van de borstels met de collector (die met de tijd verandert), tenslotte - van demagnetisatie van permanente magneten in de loop van de tijd.

Desalniettemin zijn in sommige gevallen DC-tachogeneratoren handig voor de vorm van weergave van het uitgangssignaal, evenals het natuurlijke fenomeen van het omkeren van de polariteit van dit signaal in overeenstemming met de verandering in de draairichting van de as.

DC-tachogeneratoren worden gekenmerkt door een «transformatiefactor» St, die de verhouding uitdrukt van de verwijderde spanning Uout tot de rotatiefrequentie Frot die overeenkomt met de gegeven spanning.Deze parameter is gespecificeerd in de technische documentatie van de tachogenerator en wordt gemeten in millivolt vermenigvuldigd met omwentelingen per minuut. Als u deze parameter en de uitgangsspanning van de tachogenerator kent, kunt u de huidige frequentie berekenen met behulp van de formule:

Elektromotor met ingebouwde tachogenerator:

Asynchrone AC-tachogenerator

Asynchrone AC-tachogeneratoren hebben een vergelijkbaar ontwerp voor asynchrone kooiankermotoren… De rotor is hier gemaakt in de vorm van een holle cilinder (meestal koper of aluminium) en de stator bevat twee haaks op elkaar geplaatste wikkelingen. Een van de statorwikkelingen is de bekrachtigingswikkeling, de tweede is de uitgangswikkeling. Een wisselstroom van een bepaalde amplitude en frequentie wordt geleverd aan de bekrachtigingsspoel en de uitgangsspoel is verbonden met het meetapparaat.

Wanneer de eekhoornrotor roteert, breekt deze periodiek de initiële orthogonaliteit van de magnetische fluxen van de twee spoelen, als gevolg van de vervorming van het beeld van de magnetische velden, wordt periodiek een EMF geïnduceerd in de uitgangsspoel. Als de rotor stilstaat, wordt de magnetische flux van de excitatiespoel niet vervormd en wordt er geen EMF geïnduceerd in de uitgangsspoel. Hier is de grootte van de gegenereerde EMF evenredig met de rotatiesnelheid van de as.

Omdat de stroom die wordt geleverd aan de veldwikkeling zijn eigen frequentie heeft, anders dan de rotatiesnelheid van de as, wordt zo'n tachogenerator asynchroon genoemd. Dit ontwerp maakt het onder andere mogelijk om de draairichting van de rotor te beoordelen aan de hand van de fase van het uitgangssignaal - bij het veranderen van de draairichting wordt de fase omgekeerd.

Synchrone AC-tachogenerator

Synchrone tachogeneratoren zijn borstelloze wisselstroommachines.De magnetisatie van de rotor wordt gecreëerd door een permanente magneet terwijl er een of meer wikkelingen op de stator aanwezig zijn. In dit geval zijn zowel de amplitude van het uitgangssignaal als de frequentie evenredig met de rotatiesnelheid van de as. Snelheidsgegevens kunnen daarom zowel door amplitudewaarde (amplitudedetectie) als direct door frequentie (frequentiedetectie) worden gemeten. De draairichting kan echter niet worden bepaald uit het uitgangssignaal van de synchrone tachogenerator.

De rotor van een synchrone AC-tachogenerator kan worden gemaakt in de vorm van een meerpolige magneet en geeft meerdere pulsen achter elkaar in het uitgangssignaal voor één omwenteling van de as. Dergelijke tachogeneratoren, samen met asynchrone, hebben een langere levensduur, omdat ze geen borstelopvanginrichting hebben die vatbaar is voor mechanische slijtage.

Frequentie detectie

Omdat de uitgangsfrequentie van een synchrone tachogenerator niet afhankelijk is van temperatuur en andere factoren, zijn frequentiemetingen hiermee nauwkeuriger. De berekening is heel eenvoudig, het is voldoende om het aantal poolparen p van de rotor te kennen:

Maar er is ook een nuance. Om ervoor te zorgen dat de nauwkeurigheid van de berekeningen hoog genoeg is, is het noodzakelijk om tijd toe te wijzen waarin theoretisch de snelheid al kan veranderen, wat betekent dat terwijl de pulsen worden geteld, de meetfout toeneemt, wat schadelijk is.

Om de meetfout te verkleinen is de rotor meerpolig gemaakt zodat de berekeningen sneller gedaan kunnen worden, waarna de reactie van het besturingssysteem sneller kan volgen. Voor één pool wordt de frequentie berekend met de volgende formule:

waarbij N het aantal gelezen pulsen is, is T de pulstelperiode

Voor een synchrone tachogenerator verandert de amplitude van het signaal afhankelijk van de snelheid, daarom is het belangrijk om bij het ontwerpen van de uitgangsfrequentiedetector rekening te houden met het volledige mogelijke bereik van amplitudes van de uitgangsspanningen van de tachogenerator.

Amplitudedetectie

Met de amplitudemethode voor het bepalen van de frequentie zal het circuit van de frequentiedetector eenvoudiger zijn, maar hier is het belangrijk om rekening te houden met de invloed van factoren als: temperatuur, verandering in de niet-magnetische opening, enz. Hoe hoger de frequentie, hoe groter de amplitude van het uitgangssignaal, daarom is het detectorcircuit meestal een gelijkrichter en Laagdoorlaatfilter, waarbij de conversiefactor gemeten in mV * rpm u in staat stelt de frequentie te bepalen met behulp van de volgende formule:

Naast de traditionele soorten tachogeneratoren die in dit artikel worden besproken, worden ook pulssensoren gebruikt in moderne technologieën. gebaseerd op optocouplers, Hall-sensoren enz. Het voordeel van tachogeneratoren is dat ze, in combinatie met een detector, geen extra stroombronnen nodig hebben. Nadelen van traditionele tachogeneratoren van het machinetype zijn onder meer een slechte gevoeligheid bij lage snelheden en een geïntroduceerd remkoppel.