что такое тахогенератор двигателя
Что такое тахогенератор и зачем он нужен?
Немного исторической информации
19 век стал для человечества поворотной точкой в истории. Он знаменателен величайшими научными открытиями, в том числе и в электротехнике.
Майкл Фарадей – открыватель закона об электромагнитной индукции
Борис Семенович Якоби – вклад русских ученых в развитие электричества, пожалуй, самый весомый
Павел Николаевич Яблочков
Интересно знать! До изысканий Яблочкова всем научным мировым сообществом считалось, что использовать переменный ток невозможно и опасно.
Михаил Осипович Доливо-Добровольский
Видео
Область применения тахогенератора
Тахогенераторы должны быть прочными, надежными, точными, чувствительными и стабильными. Эти приборы (тахогенераторы постоянного тока, тахогенераторы переменного тока, бесщеточные тахогенераторы постоянного тока) адаптированы для любой отрасли:
Эти датчики производятся с различными механическими вариациями и размерами корпуса, а также с различными электрическими характеристиками, например, для напряжений от 2 до 6000 вольт при 1000 об / мин, скорости вращения до 12000 об / мин, машин с валом и подшипниками, машин с полым валом.
Фото — внешний вид тахогенератора
Магнитоэлектрические машины
В связи с разработкой сплавов ални (Al – Ni), алнико (Al – Ni – Co), а также ряда других сплавов, обладающих высокими магнитными свойствами, стало возможным изготовление машин без обмотки возбуждения, с постоянными магнитами на индукторе. В частности, с постоянными магнитами изготовляются исполнительные двигатели с якорным управлением мощностью до 50 – 100 Вт.
С постоянными магнитами можно строить также генераторы и двигатели общего назначения мощностью до 5 – 10 кВт и выше. Такие машины получили широкое распространение.
Тахогенераторы для электродвигателей, контроль скорости вращения
Данная разновидность датчиков скорости используется для преобразования показателя частоты вращения механического агрегата в электрический сигнал, который непосредственно передается на измерительный прибор (тахометр) или на выделенные автоматические устройства для отслеживания и управления техническими параметрами установки. Тахогенераторы получили большое распространение во многих сферах производственной деятельности для контроля работы двигателей или других механических устройств с элементами вращения, обеспечивая стабильность и эффективность производственного процесса.
Важной характеристикой тахогенератора является его чувствительность к изменениям частоты вращения, это определяет точность получаемых значений.
Существуют две основных разновидности данных преобразователей по принципу функционирования:
Наша компания готова предоставить Вам высококачественные тахогенераторы одних из ведущих мировых марок:
Амплитудный способ определения скорости вращения
Амплитудный способ выгодно отличается от частотного простотой схемы управления, но не очень точен из-за: температурных колебаний ; зазоров между статором и ротором; старения магнитов ротора, влияющее на величину магнитного потока; частотной модуляции, оказывающей воздействие на реактивные элементы электрической цепи. Как и в других типах тахогенераторов, при увеличении скорости вращения ротора возрастает и генерируемая в обмотке статора ЭДС. Для “считывания” значений этой ЭДС обычно используют выпрямитель (одно- или двухполупериодный) и НЧ фильтр, назначение которого сглаживать пульсации.
Зная параметр “крутизны выходного напряжения”, представляемый обычно размерностью в мВ/мин-¹ (милливольт на оборот в минуту), и величину генерируемого выходного напряжения, можно сравнительно легко вычислить частоту вращения ротора:
где Frot — частота вращения ротора в Гц ; Uout — величина генерируемого выходного напряжения в мВ; St- “крутизна выходного напряжения” в мВ/мин-¹.
Неисправности тахогенераторов
Каждый тахогенератор перед вводом в постоянную эксплуатацию должен быть подвержен нескольким этапам тестирования. Если не придерживаться рекомендаций производителя, то тахогенератор может не только прослужить мало времени, но и получить серьезную поломку уже в начале своей работы.
Из-за неисправностей может неверно определяться скорость вращения вала, что приведет к механической поломке. Большие нагрузки могут повредить не только тахогенератор, но и устройство, к которому он подключен.
Зачастую в тахогенераторах приходят в неисправность:
Схема подключения на карбюраторный тип
Красный проводок от ЭТ заводим на плюс клеммы зажигания
, массу кольцуем где-то на кузове, без разницы, а минус непосредственно на катушку. Не забываем то, что в ночное время нам необходимо также считывать показания, поэтому в зависимости от модели есть дополнительный провод, который необходимо подключить к габаритам. Во время включения последних, будет загораться дисплей нашего ЭТ.
Если не желаете принимать в этом процессе участия или у вас не достаточно опыта, не рискуйте, отгоните автомобиль в сервисный центр. Где квалифицированные специалисты оперативно и качественно установят вам девайс, проведут консультации по поводу способов его безопасного использования и прочих моментах.
Слово «тахогенератор» происходит от двух слов — от греческого «тахос», означающего «быстрый» и от латинского «генератор». Тахогенератор представляет собой измерительную электрическую микромашину переменного или постоянного тока, которая монтируется на вал оборудования, и преобразует текущее значение частоты вращения вала в электрический сигнал, определенный параметр которого несет информацию о частоте вращения.
Таким параметром может выступать величина генерируемой ЭДС или значение частоты сигнала. Выходной сигнал с тахогенератора может подаваться на средство визуального отображения (например на дисплей) или на устройство автоматического управления частотой вращения вала, на котором работает данный тахогенератор.
Тахогенераторы бывают нескольких типов, в зависимости от вида сигнала, генерируемого на выходе: с сигналом переменного напряжения или тока (асинхронные или синхронные тахогенераторы), либо с сигналом постоянного тока.
Тахогенератор постоянного тока
Тахогенератор постоянного тока представляет собой коллекторную машину с возбуждением либо от постоянных магнитов (встречаются чаще), либо от обмотки возбуждения (встречаются реже), располагаемых на ее статоре. Измерительная ЭДС наводится на обмотку ротора тахогенератора, и оказывается прямо пропорциональна угловой скорости вращения ротора, по сути — скорости изменения магнитного потока, в точном соответствии с законом электромагнитной индукции.
Выходной сигнал — напряжение, величина которого также прямо пропорциональна угловой скорости вращения ротора — снимается через щетки с коллектора. Поскольку в работе участвуют коллектор и щетки, такой агрегат подвержен более скорому износу, чем тахогенератор переменного тока. Проблема еще и в том, что щеточно-коллекторный узел в процессе своей работы порождает импульсные помехи в выходном сигнале такого тахогенератора.
Тем не менее, в некоторых случаях тахогенераторы постоянного тока оказываются удобны формой представления выходного сигнала, а также закономерным явлением смены полярности данного сигнала в соответствии с изменением направления вращения вала.
Тахогенераторы постоянного тока характеризуются «коэффициентом преобразования» St, который выражает отношение снимаемого напряжения Uout к соответствующей данному напряжению частоте вращения Frot. Этот параметр дается в технической документации на тахогенератор, и измеряется в милливольтах, умноженных на обороты в минуту. Зная данный параметр и выходное напряжение с тахогенератора, можно вычислить текущую частоту по формуле:
Электродвигатель со встроенным тахогенератором:
Асинхронный тахогенератор переменного тока
Асинхронные тахогенераторы переменного тока похожи по устройству на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Ротор здесь изготавливается в виде полого цилиндра (обычно медного или алюминиевого), а статор содержит две обмотки, расположенные под прямым углом друг к другу. Одна из обмоток статора — обмотка возбуждения, вторая — выходная. На обмотку возбуждения подается переменный ток с определенной амплитудой и частотой, а выходная обмотка присоединяется к измерительному прибору.
Когда короткозамкнутый ротор вращается, он периодически нарушает изначальную ортогональность магнитных потоков двух обмоток, в результате искажения картины магнитных полей, в выходной обмотке периодически наводится ЭДС. Если же ротор неподвижен, то магнитный поток обмотки возбуждения не искажается, и в выходной обмотке ЭДС не наводится. Здесь величина генерируемой ЭДС пропорциональна частоте вращения вала.
Синхронный тахогенератор переменного тока
Ротор синхронного тахогенератора переменного тока может быть выполнен в виде многополюсного магнита, и на один оборот вала давать в выходном сигнале несколько импульсов подряд. Такие тахогенераторы, наравне с асинхронными, отличаются более длительным сроком службы, поскольку в них нет щеточно-коллекторного узла, склонного к механическому износу.
Детектирование по частоте
Поскольку у синхронного тахогенератора частота на выходе от температуры и других факторов не зависит, то измерения частоты с ним получаются более точными. Вычисление осуществляется очень просто, достаточно знать количество пар полюсов p на роторе:
Но есть и нюанс. Чтобы точность вычислений получилось достаточно высокой, необходимо затратить время, за которое теоретически скорость может уже измениться, а это значит, что пока импульсы считаются, нарастает погрешность измерения, что вредно.
Дабы погрешность при измерении снизить, ротор делают многополюсным, чтобы вычисления можно было осуществить быстрее, тогда и реакция регулирующей системы может последовать более скоро. Для одного полюса частота вычисляется по следующей формуле:
У синхронного тахогенератора амплитуда сигнала изменяется в зависимости от скорости, поэтому при проектировании выходного частотного детектора важно учесть весь возможный диапазон амплитуд выходных напряжений тахогенератора.
Детектирование по амплитуде
При амплитудном способе определения частоты схема частотного детектора будет проще, но здесь важно учесть влияние таких факторов, как: температура, изменение немагнитного зазора и т. д. Чем выше частота — тем больше амплитуда выходного сигнала, поэтому схема детектора обычно представляет собой выпрямитель и НЧ-фильтр, где коэффициент преобразования, измеряемый в мВ*об/мин, позволяет определить частоту по следующей формуле:
Кроме рассмотренных в данной статье традиционных типов тахогенераторов, в современной технике также применяются импульсные датчики на базе оптронов, датчиков Холла и т. д. Достоинство тахогенераторов заключается в том, что в паре с детектором они не требуют никаких дополнительных источников питания. К недостаткам традиционных тахогенераторов машинного типа относятся: плохая чувствительность на низких скоростях и вносимый тормозящий момент.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое тахогенератор и зачем он нужен?
Тахогенераторы (или генераторы тахометров) — это электромеханические устройства, которые выдают напряжение, пропорциональное скорости вращения вала. Они используются для питания тахометров и измерения скорости двигателей и других вращающихся устройств.
Принцип работы тахогенератора
Большинство современных тахогенераторов относятся к типам с постоянными магнитами. В этих устройствах используется вращающийся якорь, один конец которого прикреплен к валу машины для измерения скорости вращения. Якорь вращается в фиксированном магнитном поле, так что его вращение вызывает электродвижущую силу (напряжение), пропорциональную скорости вала. Контакты якоря подключены к цепи вольтметра, преобразующей напряжение в значение скорости.
Область применения тахогенератора
Тахогенераторы должны быть прочными, надежными, точными, чувствительными и стабильными. Эти приборы (тахогенераторы постоянного тока, тахогенераторы переменного тока, бесщеточные тахогенераторы постоянного тока) адаптированы для любой отрасли:
Эти датчики производятся с различными механическими вариациями и размерами корпуса, а также с различными электрическими характеристиками, например, для напряжений от 2 до 6000 вольт при 1000 об / мин, скорости вращения до 12000 об / мин, машин с валом и подшипниками, машин с полым валом.
Тахогенератор с твердым валом
Такие тахогенераторы соединены с валом, который, в свою очередь, соединен с внешним устройством вращения. Это вращение внешнего устройства, которое вращает вал тахогенератора и таким образом генерирует определенный диапазон напряжений в соответствии со скоростью и направлением вала.
Тахогенераторы могут указывать направление вращения из-за того, что если вал тахогенератора перевернуть, полярность выходного напряжения изменится. Он лучше всего подходит для работы с высокими нагрузками.
Полый вал
Тахогенераторы с полым валом внутренне отличаются от вариантов со сплошным тем, что они имеют четыре магнитных полюса, а не два. Такая конструкция позволяет тахогенератору работать с нагрузками с более низким напряжением. Примером использования тахогенератора постоянного тока с полым валом является определение скорости лифта.
Тахогенератор постоянного тока устанавливается в подъемное оборудование на канатном шкиве, приводящем в движение кабели. Он позволяет точно контролировать скорость троса, чтобы лифт останавливался на нужном этаже и делал это плавно.
Неисправности тахогенераторов
Каждый тахогенератор перед вводом в постоянную эксплуатацию должен быть подвержен нескольким этапам тестирования. Если не придерживаться рекомендаций производителя, то тахогенератор может не только прослужить мало времени, но и получить серьезную поломку уже в начале своей работы.
Из-за неисправностей может неверно определяться скорость вращения вала, что приведет к механической поломке. Большие нагрузки могут повредить не только тахогенератор, но и устройство, к которому он подключен.
Зачастую в тахогенераторах приходят в неисправность:
Тахогенераторы постоянного тока – область применения, принципы работы
Несомненно, развитие человечества в последние столетия неразрывно связано с освоением источников энергии и их эффективным применением. Более того, можно сказать, что уровень развития той или иной страны напрямую зависит от объема производимой энергии.
Первым источником энергии, совершившим промышленную революцию, стал пар, но вскоре его гегемония сменилась на власть электрических машин. Сегодня мы с вами поговорим про тахогенераторы постоянного тока — устройства, внесшие огромную лепту в прогресс человечества.
Немного исторической информации
19 век стал для человечества поворотной точкой в истории. Он знаменателен величайшими научными открытиями, в том числе и в электротехнике.
Интересно знать! До изысканий Яблочкова всем научным мировым сообществом считалось, что использовать переменный ток невозможно и опасно.
Микромашины в электротехнике
Помимо мощных агрегатов также потребовались и машины малой мощности, называемые еще микромашинами. Они активно применяются в устройствах вычислительной техники и автоматики в качестве функциональных элементов.
Принцип работы тахогенераторов и их строение
Тахогенератор – устройство оборудованное валом, которое, при его вращении, выдает на выходе электрическое напряжение, величина которого прямо пропорциональна скорости, с которой вал вращается. Эта особенность означает, что двигатель постоянного тока с тахогенератором, по сути, оснащен датчиком, с постоянными магнитами или независимым внешним возбуждением.
Интересно знать! На низких оборотах шумы тахогенератора сравниваются с полезным сигналом.
Тахогенераторы Long Life
Особняком стоят тахогенераторы, собранные по «Long life». Эти устройства предназначены для работы в тех сферах, где требуется длительная бесперебойная работа. Они невероятно износоустойчивы, поэтому служат очень долго.
Схемы постоянной автоматики
Итак, мы уже говорили, что тахогенераторы используются в автоматических схемах, теперь давайте подробнее разберем, как они там задействованы.
Совет! Чтобы генератор не выдавал криволинейную выходную характеристику, не нужно запускать его на максимально возможных оборотах, а в качестве нагрузки использовать только приборы, внутреннее сопротивление которых небольшое.
Асинхронный тахогенератор
Конструкция асинхронного тахогенератора точно такая же, как у асинхронного электродвигателя с немагнитным ротором (полым).
Погрешности асинхронных тахогенераторов
Выходное напряжение, выдаваемое данным типом тахогенераторов – комплексная величина, что говорит о фазовой и амплитудной погрешностях.
Также как и в случае фазовой погрешности, уменьшение данного эффекта возможно за счет правильной настройки и калибровки асинхронного тахогенератора.
Интересно знать! На практике доказано, что при низких оборотах вращения тахогенератора асинхронного типа оба типа погрешностей достаточно малы, из-за чего диапазоны вращения устройств ограничивают конкретными значениями.
Данные типы погрешностей хоть и являются основными, но они далеко не единственные:
В завершение
Итак, мы разобрали принципы и назначение тахогенератора. Устройства эти применяются для сугубо специфических целей, но, как стало ясно, их строение практически не отличается от классического генератора постоянного тока. Есть некоторые нюансы относительно точности прибора, но в остальном все сходится.
Просмотрите видео в этой статье, чтобы увидеть практическое применение этих агрегатов.
Что такое тахогенератор и зачем он нужен?
Тахогенератором принято называть маломощную электрическую машину, предназначенную для преобразования скорости (частоты) механического вращения вала в электрический сигнал выходного напряжения.
Путём механического соединения (муфта, шкив, и т.п.) вала тахогенератора с валом какого-либо другого ведущего устройства, можно определять частоту вращения последнего по значениям выходного напряжения. В идеале, значение выходного напряжения должно пропорционально соответствовать частоте вращения вала, т. е.:
где k – постоянная (mV/мин-¹), называемая крутизной выходной характеристики; n – частота вращения (мин-¹);
Тахогенераторы в основном применяют для измерения частоты вращения, выработки управляющих сигналов (ускоряющих или замедляющих), решения задач интегрирования и дифференцирования, для обратной связи по скорости и т.д.. Возможность реализации вышеуказанных функций вызвало большой спрос на разработку и использование различных типов тахогенераторов в автоматических системах управлении и регулирования, электроприводах, в схемах счётно-решающих устройств.
В зависимости от способа получения выходного сигнала и конструктивных особенностей, тахогенераторы изготавливают следующих типов:
Принцип действия тахогенератора постоянного тока основан на вращении якоря (ротора) обычного типа с обмотками (например, барабанного типа) в постоянном магнитном поле, создаваемом магнитами или обмотками возбуждения статора. Выходной сигнал снимается с помощью щёточно-коллекторного узла и представляет собой аналоговую величину, полярность которой зависит от направления вращения.
Действие асинхронного тахогенератора переменного тока основано на вращении полого немагнитного ротора в переменном магнитном поле постоянной частоты, создаваемом обмоткой возбуждения статора. Выходной сигнал снимается с генераторной обмотки расположенной на статоре и сдвинутой на 90° относительно обмотки возбуждения, и представляет собой переменное напряжение, частота которого соответствует частоте возбуждения, а амплитудное значение зависит от скорости вращения ротора. Не имеет щёточно-коллекторного узла.
Принцип действия синхронного тахогенератора переменного тока основан на вращении
ротора с постоянными магнитами, наводящими переменную ЭДС (напряжение) в обмотках статора. Выходной сигнал снимается с обмотки статора и представляет собой переменное напряжение, частота и амплитуда которого, зависят от скорости вращения ротора. Это даёт возможность применять как частотный метод определения скорости, так и амплитудный. Также как и асинхронный тахогенератор переменного тока не имеет щёточно-коллекторного узла.
Основные требования, предъявляемые к тахогенератору:
— зависимость выходного напряжения (Uвых) от частоты оборотов (n) вала должна как можно точнее соответствовать линейной характеристике;
— выходная характеристика не должна изменяться под воздействием внешних факторов: температуры, влажности, давления и т.п.;
— при n=0 (вал не вращается), напряжение на выходе тахогенератора должно принимать минимальное значение. Это напряжение принято называть остаточным;
— выходное напряжение (Uвых) должно принимать одинаковые абсолютные значения при вращении вала тахогенератора в разных направлениях (по или против часовой стрелке) на одинаковых частотах, т.е. быть симметричными;
— пульсации выходного напряжения должны быть минимальными и не создавать помех, вызываемых электромагнитными процессами во время его работы;
— выходная мощность должна соответствовать подключаемой к нему нагрузке (прибора, устройства, схемы и т.п.), или быть достаточной для нормальной работы;
Примеры простых и достаточно надёжных случаев применения тахогенератора:
— пара, тахогенератор и подключенный к нему вольтметр, представляют собой тахометр для измерения скорости (частоты) вращения ;
— крыльчатка, связанная с валом тахогенератора выполняют функцию расходомера вещества “протекающего” по трубопроводу;
— для шлифовальных станков в качестве датчика контроля превышения допустимой линейной скорости вращения шлифовального круга, когда при превышении максимально допустимого порога скорости происходит автоматическое аварийное отключение привода и отвод шлиф. круга от детали, тем самым устраняется возможность разрыва шлиф. круга представляющая смертельную опасность;
В настоящее время разработано и внедряется множество электронных устройств, функциональных аналогов тахогенератора. Например, это: устройства собранные на схемах с оптронами (реагирующими на прерывание лучей света крыльчаткой расположенной на валу); фотоимпульсные датчики (энкодеры); бесконтактные индукционные датчики; датчики на основе эффекта Холла и т.д. В случаях, где это целесообразно, тахогенераторы заменяют на эти “новые” датчики.