Γεννήτριες Tacho — τύποι, συσκευή και αρχή λειτουργίας

Η λέξη "tachogenerator" προέρχεται από δύο λέξεις - από την ελληνική "tachos" που σημαίνει "γρήγορος" και από τη λατινική "γεννήτρια". Η ταχογεννήτρια είναι μια μεταβλητή ή σταθερή ηλεκτρική μικρομηχανή μέτρησης, η οποία τοποθετείται στον άξονα του εξοπλισμού και μετατρέπει την τρέχουσα τιμή της ταχύτητας περιστροφής του άξονα σε ηλεκτρικό σήμα, η παράμετρος του οποίου μεταφέρει πληροφορίες για τη συχνότητα περιστροφής.

Αυτή η παράμετρος μπορεί να είναι παραγόμενο EMF ή την τιμή συχνότητας του σήματος. Το σήμα εξόδου από την ταχογεννήτρια μπορεί να τροφοδοτηθεί σε μια οπτική οθόνη (π.χ. μια οθόνη) ή σε μια αυτόματη συσκευή ελέγχου ταχύτητας άξονα στην οποία λειτουργεί η ταχογεννήτρια.

Οι γεννήτριες Tacho είναι πολλών τύπων, ανάλογα με τον τύπο του σήματος που παράγεται στην έξοδο: με εναλλασσόμενο σήμα τάσης ή ρεύματος (ασύγχρονες ή σύγχρονες ταχογεννήτριες) ή με σταθερό σήμα.

Ταχογεννήτρια DC

Μια ταχογεννήτρια συνεχούς ρεύματος είναι μια συλλεκτική μηχανή με διέγερση είτε από μόνιμους μαγνήτες (πιο συνηθισμένους) είτε από ένα συναρπαστικό πηνίο (λιγότερο κοινό) που βρίσκεται στον στάτορά της. Η μέτρηση emf προκαλείται στην περιέλιξη του ρότορα της ταχογεννήτριας και αποδεικνύεται ότι είναι ευθέως ανάλογη με τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του ρότορα, στην πραγματικότητα με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής, σε ακριβή συμφωνία με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Το σήμα εξόδου - μια τάση της οποίας η τιμή είναι επίσης ευθέως ανάλογη με τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του ρότορα - αφαιρείται μέσω των βουρτσών από τον συλλέκτη. Αφού η δουλειά περιλαμβάνει συλλέκτης και βούρτσες, μια τέτοια μονάδα υπόκειται σε ταχύτερη φθορά από μια ταχογεννήτρια AC. Το πρόβλημα είναι ότι στη διαδικασία της εργασίας της, η μονάδα συλλογής βούρτσας παράγει παλμικό θόρυβο στο σήμα εξόδου μιας τέτοιας ταχογεννήτριας.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, το σήμα εξόδου της ταχογεννήτριας DC είναι μια τάση, η οποία καθιστά δύσκολη την ακριβή μετατροπή της τάσης σε ταχύτητα, επειδή η ροή μαγνητικής εκτροπής εξαρτάται από τη θερμοκρασία των μαγνητών, από την ηλεκτρική αντίσταση στο σημείο επαφής των βουρτσών με τον συλλέκτη (που αλλάζει με το χρόνο ), τέλος — από απομαγνητισμό μόνιμων μαγνητών με την πάροδο του χρόνου.

Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις οι ταχογεννήτριες DC είναι βολικές για τη μορφή αναπαράστασης του σήματος εξόδου, καθώς και για το φυσικό φαινόμενο της αντιστροφής της πολικότητας αυτού του σήματος σύμφωνα με την αλλαγή στην κατεύθυνση περιστροφής του άξονα.

Οι ταχογεννήτριες συνεχούς ρεύματος χαρακτηρίζονται από έναν «συντελεστή μετασχηματισμού» St, ο οποίος εκφράζει τον λόγο της αφαιρούμενης τάσης Uout προς τη συχνότητα περιστροφής Frot που αντιστοιχεί στη δεδομένη τάση.Αυτή η παράμετρος καθορίζεται στην τεχνική τεκμηρίωση για την ταχογεννήτρια και μετράται σε millivolt πολλαπλασιαζόμενη επί στροφές ανά λεπτό. Γνωρίζοντας αυτήν την παράμετρο και την τάση εξόδου από την ταχογεννήτρια, μπορείτε να υπολογίσετε την τρέχουσα συχνότητα χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Ηλεκτρικός κινητήρας με ενσωματωμένη ταχογεννήτρια:

Ασύγχρονη ταχογεννήτρια AC

Οι ασύγχρονες ταχογεννήτριες AC είναι παρόμοιες στο σχεδιασμό για ασύγχρονους κινητήρες σκίουρου-κλωβού… Ο ρότορας εδώ είναι κατασκευασμένος με τη μορφή κοίλου κυλίνδρου (συνήθως χαλκού ή αλουμινίου) και ο στάτορας περιέχει δύο περιελίξεις που βρίσκονται σε ορθή γωνία μεταξύ τους. Μία από τις περιελίξεις του στάτη είναι η περιέλιξη διέγερσης, η δεύτερη είναι η περιέλιξη εξόδου. Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα ορισμένου πλάτους και συχνότητας παρέχεται στο πηνίο διέγερσης και το πηνίο εξόδου συνδέεται με τη συσκευή μέτρησης.

Όταν ο ρότορας του σκίουρου περιστρέφεται, σπάει περιοδικά την αρχική ορθογωνικότητα των μαγνητικών ροών των δύο πηνίων, ως αποτέλεσμα της παραμόρφωσης της εικόνας των μαγνητικών πεδίων, προκαλείται περιοδικά ένα EMF στο πηνίο εξόδου. Εάν ο ρότορας είναι ακίνητος, τότε η μαγνητική ροή του πηνίου διέγερσης δεν παραμορφώνεται και δεν προκαλείται EMF στο πηνίο εξόδου. Εδώ, το μέγεθος του παραγόμενου EMF είναι ανάλογο με την ταχύτητα περιστροφής του άξονα.

Δεδομένου ότι το ρεύμα που παρέχεται στην περιέλιξη πεδίου έχει τη δική του συχνότητα, διαφορετική από την ταχύτητα περιστροφής του άξονα, μια τέτοια ταχογεννήτρια ονομάζεται ασύγχρονη. Μεταξύ άλλων, αυτός ο σχεδιασμός καθιστά δυνατή την κρίση της κατεύθυνσης περιστροφής του ρότορα από τη φάση του σήματος εξόδου - κατά την αλλαγή της κατεύθυνσης περιστροφής, η φάση αντιστρέφεται.

Σύγχρονη ταχογεννήτρια AC

Οι σύγχρονες ταχογεννήτριες είναι μηχανές AC χωρίς ψήκτρες.Η μαγνήτιση του ρότορα δημιουργείται από έναν μόνιμο μαγνήτη ενώ υπάρχουν μία ή περισσότερες περιελίξεις στον στάτορα. Σε αυτή την περίπτωση, τόσο το πλάτος του σήματος εξόδου όσο και η συχνότητά του θα είναι ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής του άξονα. Επομένως, τα δεδομένα ταχύτητας μπορούν να μετρηθούν τόσο με την τιμή πλάτους (ανίχνευση πλάτους) όσο και απευθείας με τη συχνότητα (ανίχνευση συχνότητας). Ωστόσο, η φορά περιστροφής δεν μπορεί να προσδιοριστεί από το σήμα εξόδου της σύγχρονης ταχογεννήτριας.

Ο ρότορας μιας σύγχρονης ταχογεννήτριας AC μπορεί να κατασκευαστεί με τη μορφή πολυπολικού μαγνήτη και να δώσει αρκετούς παλμούς στη σειρά στο σήμα εξόδου για μία περιστροφή του άξονα. Τέτοιες ταχογεννήτριες, μαζί με τις ασύγχρονες, έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, καθώς δεν διαθέτουν συσκευή συλλογής βούρτσας επιρρεπής σε μηχανική φθορά.

Ανίχνευση συχνότητας

Δεδομένου ότι η συχνότητα εξόδου μιας σύγχρονης ταχογεννήτριας δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία και άλλους παράγοντες, οι μετρήσεις συχνότητας με αυτήν είναι πιο ακριβείς. Ο υπολογισμός είναι πολύ απλός, αρκεί να γνωρίζουμε τον αριθμό των ζευγών πόλων p του ρότορα:

Υπάρχει όμως και μια απόχρωση. Για να είναι αρκετά υψηλή η ακρίβεια των υπολογισμών, είναι απαραίτητο να διατεθεί χρόνος κατά τον οποίο θεωρητικά η ταχύτητα μπορεί ήδη να αλλάξει, πράγμα που σημαίνει ότι ενώ καταμετρώνται οι παλμοί, το σφάλμα μέτρησης αυξάνεται, κάτι που είναι επιβλαβές.

Για να μειωθεί το σφάλμα μέτρησης, ο ρότορας είναι πολυπολικός, έτσι ώστε οι υπολογισμοί να γίνονται πιο γρήγορα, τότε η απόκριση του συστήματος ελέγχου μπορεί να ακολουθήσει πιο γρήγορα. Για έναν πόλο, η συχνότητα υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

όπου N είναι ο αριθμός των παλμών που διαβάζονται, T είναι η περίοδος μέτρησης παλμών

Για μια σύγχρονη ταχογεννήτρια, το πλάτος του σήματος αλλάζει ανάλογα με την ταχύτητα, επομένως, κατά το σχεδιασμό του ανιχνευτή συχνότητας εξόδου, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη ολόκληρο το πιθανό εύρος πλάτους των τάσεων εξόδου της ταχογεννήτριας.

Ανίχνευση πλάτους

Με τη μέθοδο πλάτους για τον προσδιορισμό της συχνότητας, το κύκλωμα του ανιχνευτή συχνότητας θα είναι απλούστερο, αλλά εδώ είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη η επίδραση παραγόντων όπως: θερμοκρασία, αλλαγή στο μη μαγνητικό κενό κ.λπ. συχνότητα, όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος του σήματος εξόδου, επομένως το κύκλωμα του ανιχνευτή είναι συνήθως ένας ανορθωτής και Φίλτρο χαμηλής διέλευσης, όπου ο συντελεστής μετατροπής που μετράται σε mV * rpm σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τη συχνότητα χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

Εκτός από τους παραδοσιακούς τύπους ταχογεννητριών που συζητούνται σε αυτό το άρθρο, οι αισθητήρες παλμών χρησιμοποιούνται επίσης στις σύγχρονες τεχνολογίες. βασίζεται σε οπτικούς συζεύκτες, Αισθητήρες Hall κ.λπ. Το πλεονέκτημα των ταχογεννητριών είναι ότι όταν συνδυάζονται με έναν ανιχνευτή, δεν απαιτούν πρόσθετες πηγές ενέργειας. Τα μειονεκτήματα των παραδοσιακών ταχογεννητριών τύπου μηχανής περιλαμβάνουν την κακή ευαισθησία στις χαμηλές ταχύτητες και την εισαγόμενη ροπή πέδησης.