15. Технические средства измерения и контроля углового перемещения Тахогенераторы. Общие сведения

В промышленности находят применение ТГ постоянного и переменного тока разнообразных систем и конструкций. Многообразие типов, конструкций, габаритов ТГ отечественного и иностранного производства объясняется в основном не различием требований, предъявляемых электроприводами, а инициативой весьма широкого круга разработчиков и изготовителей. Рассмотрим наиболее распространенные ТГ.

Тахогенератор характеризуется родом напряжения на выходе: постоянное или переменное; однофазное, трёхфазное или многофазное, а ТГ переменного тока характеризуются также частотой и формой напряжения.

У большинства ТГ основной является скоростная характеристика, которая даёт зависимость среднего значения напряжения от частоты вращения вала:

где u — мгновенное значение пульсирующего или выпрямленного напряжения; Т — время (период) одного оборота.

Из ТГ разных видов для измерения и обратной связи по скорости более широко применяют ТГ постоянного тока. Это можно объяснить тем, что большинство регуляторов в электроприводах имеют вход на постоянном токе; таховольтметры с равномерными шкалами являются приборами магнитоэлектрической системы и также требуют питания постоянным током. В большинстве электроприводов с регулируемой скоростью используют электродвигатели постоянного тока. Заводы-изготовители при комплектных поставках предпочитают иметь ТГ такого же типа, как и двигатель. Характерными в этом отношении являются агрегаты малой мощности, у которых якоря двигателя и ТГ сидят на одном валу. Имеет значение также относительно малая чувствительность цепей измерения на постоянном токе к влиянию внешних магнитных полей.

Машины типа ТГ1, встроенного и автономного исполнения, а также типа ЭГ разработаны для комплектации с двигателями металлорежущих станков; машины типа ТГП служат для маломощных электроприводов следящих устройств, отличающихся большой частотой включений с изменением направления вращения; маломощные ТГ типов СЛ, ТД, ТГ (55–74 мм) предназначены для установки на авиационных и иных электроприводах с эксплуатаци­онным сроком до 2000 ч; крупные прецизионные ТГ типа ПТ рассчитаны на использование в металлургической промышленности. Каждый вид ТГ, кроме отведенной для него области, может оказаться пригодным для применения на иных агрегатах серийного или индивидуального изготовления.

Номинальные частоты вращения большинства ТГ не превышают 2000 об/мин, но по центробежной устойчивости предусматривается запас в 2,5–3 раза и более; при этом учитывается вероятность «разноса» привода постоянного тока. Некоторые типы ТГ или отдельные их исполнения (ТМГ, СЛ и др.) допускают продолжительную работу при частотах вращения 3500–4000 об/мин и напряжениях на якоре до 300 В. На быстроходных агрегатах находят применение ТГ типов ТГП (n_max=7000 об/мин) и TDP-0,031 (n_m=12000 об/мин); максимальные напряжения таких ТГ обычно лежат в пределах 50–80 В.

Для прецизионных ТГ заводы-изготовители применяют подшипники высокого класса точности и износостойкости; некоторые заводы гарантируют срок их службы до 20 тыс. ч.

Прецизионные ТГ типов ПТ22, ПТ32 и ПТ42 предназначены для приводов металлургической промышленности. Номинальное напряжение 230 В, сечения проводов якорной обмотки выбираются в зависимости от скорости. Машины значительно отличаются по массе и габаритам, но надо отме­тить, что это не дает выигрыш по частоте полюсных пульсаций f_п или частоте зубцовых пульсаций f_з , так как числа зубцов их якорей мало отличаются (N_з=21, 23, 25). Тахогенераторы типа ПТ42 имеют значительно большее число коллекторных пластин (N_к=69, 62, 125), однако вследствие крутого фронта импульса и его малой продолжительности коллекторные пульсации ΔU_k% практически не влияют на регулировочные свойства САУ.

В целях расширения объема поставок и удовлетворения требований различных заказчиков иностранные фирм изготовляют прецизионные ТГ широкой номенклатуры, отличающиеся конструкцией, способом крепления к приводу, массой и обмоточными данными. Показательными являются ТГ типа ТDР фирмы «Хюбнер». Большие габариты ТГ иногда обосновывают требованиями заказчиков или стремлением повысить выходное напряжение. Вместе с тем современные САУ электроприводов четко работают при мощностях обратных связей до 1–5 Вт. Согласно опыту фирм от ТГ малого габарита можно получить достаточно высокое номинальное напряжение; следовательно, напряжение нельзя связывать с габаритами ТГ. Кроме того, электродвигатели больших мощностей, для которых применяют крупные ТГ, не требуют точного регулирования при низких скоростях, когда может сказаться низкое выходное напряжение постоянного тока. Верхние пределы номинальных скоростей ТГ снижаются при увеличении габаритов, но любой ТГ пригоден для использования при низких частотах вращения–10–100 об/мин.

При конструировании ТГ и составлении технических условий нередко считают, что в крупных машинах по технологическим условиям их изготовления можно получить более низкие оборотные и иные пульсации сигнала, однако опыт отечественных заводов-изготовителей и иностранных фирм «Дженерал электрик» (США; ТГ типа ВС), АЭИ (Англия; ТГ типа ВД) и др. показывает, что, начиная с ТГ массой 6–10 кг и оканчивая более крупными ТГ, технология и возможности изготовления симметричных деталей практически одинаковы. Для прецизионных ТГ независимо от массы гарантируется ограничение температурной погрешности в пределах ±0,3% на 10°С, а при введении компенсационных устройств ±0,05%. Погрешность при реверсировании также одинакова и составляет только 0,1%. Сравнительный анализ показывает, что увеличение массы ТГ не дает заметного улучшения качества выходного сигнала, а по размерам электропривода, удобству эксплуатации, износостойкости щеток и подшипников целесообразнее выбирать ТГ меньших габаритов.

Щеточный контакт в коллекторных и униполярных машинах требует постоянного ухода, а главное приводит к искажению сигнала. В целях исключения подвижных контактов и упрощения конструкции, а во многих случаях для получения специальных характеристик были разработаны синхронные, асинхронные и индукторные ТГ.