Geschwindigkeitssensoren
Tachogeneratoren – elektrische Gleich- und Wechselstrommaschinen mit geringer Leistung – werden als Drehzahlsensoren in Automatisierungssystemen eingesetzt. Drehzahlmesserbrücken dienen dazu, die Drehzahl von Elektromotoren in Spannung umzuwandeln.
DC-Tachogeneratoren
Je nach Erregungsmethode gibt es zwei Arten von Gleichstrom-Tachogeneratoren: magnetoelektrisch (erregt durch Permanentmagnete) und elektromagnetisch (erregt durch eine spezielle Spule) (Abb. 1 a, b).
Ausgangsspannung des Tachogenerators bei konstantem Erregerstrom Uout = E — IRi = hierω — IRI am
wobei Ce = (UI am – II amRI am)/ω – eine Maschinenkonstante, die durch die Passdaten bestimmt wird.
Im Leerlauf (I= 0) Spannung Uout = E = Ceω... Daher ist die statische Kennlinie des Tachogenerators Uout = e (ω) im Leerlauf linear, da Ce = const (Gerade I, Abb. 1, c) .
Reis. 1. Rotationssensoren (DC-Tachometergeneratoren): a) mit Permanentmagneterregung, b) mit elektromagnetischer Erregung, c) statische Charakteristik
Unter Belastung wird die statische Kennlinie nichtlinear (Kurve 2).seine Steigung ändert sich, was eine Folge der Ankerreaktion und des Spannungsabfalls in der Ankerwicklung des Tachogenerators ist. Bei echten Tachogeneratoren kommt es zu einem Spannungsabfall an den Bürsten, der zum Erscheinungsbild der Jugendunempfindlichkeit führt (Kurve 3).
Um die Verzerrung der statischen Eigenschaften von Tachogeneratoren zu verringern, werden sie bei geringen Lasten (Azn = 0,01 – 0,02 A) eingesetzt. Ankerkreisstrom Azi = E / (Ri + Rn) und Ausgangsspannung Uout = E — IRi = hierω — IRI am.
DC-Tachogeneratoren werden häufig in automatischen Steuerungssystemen für elektrische Antriebe wie Geschwindigkeitssensoren eingesetzt. Ihre Vorteile sind geringe Trägheit, hohe Genauigkeit, geringe Größe und Gewicht, außerdem gibt es bei magnetoelektrischen Tachogeneratoren keine Stromquelle. Der Nachteil ist das Vorhandensein eines Kollektors mit Bürsten.
Wechselstrom-Tachogeneratoren
Synchrone Tachogeneratoren sind einphasige Synchronmaschinen mit einem Rotor in Form eines Permanentmagneten (Abb. 2, a). Bei synchronen Tachogeneratoren mit Änderung der Winkelgeschwindigkeit ändert sich auch die Frequenz der Ausgangsspannung mit der Amplitude. Statische Eigenschaften sind nichtlinear. Dynamisch synchrone Tachogeneratoren sind nicht träge Elemente.
Ein asynchroner Tachogenerator ist eine zweiphasige Asynchronmaschine mit einem hohlen nichtmagnetischen Rotor (Abb. 2, b). Am Stator des asynchronen Tachogenerators befinden sich zwei um 90° versetzte Wicklungen (Erregung des OF und des Abgasgenerators). Die OB-Spule ist an eine Wechselstromquelle angeschlossen.
Reis. 2. Wechselstrom-Tachometergeneratoren: a – synchron, b – asynchron
Wenn sich der Rotor dreht, wird in der Abgasspule eine EMK induziert, die den Ausgang darstellt. Transformation und Rotation.Unter dem Einfluss einer elektromotorischen Kraft dreht sich der Ausgang des Tachogenerators und es entsteht eine Spannung Uout.
Auch die statische Kennlinie eines asynchronen Tachogenerators ist nichtlinear. Bei einer Änderung der Rotordrehung ändert sich die Phase der Ausgangsspannung um 180°.
Als Sensoren für Winkelgeschwindigkeit, Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung werden asynchrone Tachogeneratoren eingesetzt. Im zweiten Fall ist die Erregerspule des asynchronen Tachogenerators an eine Gleichstromquelle angeschlossen.
Die Vorteile asynchroner Tachogeneratoren sind Zuverlässigkeit und geringe Trägheit. Nachteile – das Vorhandensein von Rest-EMF am Ausgang. mit feststehendem Rotor, relativ große Abmessungen.
Tachobrücken
DC- und AC-Tachometerbrücken werden in Automatisierungssystemen eingesetzt, um eine Rückmeldung über die Drehzahl von Elektromotoren zu geben. Dies ermöglicht eine Vereinfachung des Systems, da keine zusätzliche elektrische Maschine – ein Tachogenerator – erforderlich ist. Dadurch wird die statische und dynamische Belastung des Exekutivmotors reduziert.
Die DC-Tachometerbrücke ist eine spezielle Brückenschaltung (Abb. 3, a), in deren einem Zweig der Anker des Motors Ri und in anderen die Widerstände R1, R2, Rp enthalten sind. An die Diagonale ab der Brücke, die den Anker des Motors versorgt, wird eine Netzspannung U angelegt, an der Diagonale cd wird die Spannung U unproportional zur Winkelgeschwindigkeit ω abgenommen.
Reis. 3. DC-Tachometerbrücke (a) und berührungsloses Messgerät für die Drehzahl eines Asynchronmotors (b)
Wenn im Ausgangskreis kein Strom fließt, dann
Wenn wir das gemeinsame Gleichungssystem lösen, erhalten wir
Ausgangsspannung der Drehzahlmesserbrücke
wobei Ktm der Übertragungskoeffizient der Tachometerbrücke ist.
Der Fehler der Tachometerbrücke beträgt ± (2 — 5) %. Dynamische DC-Tachometerbrücken sind nichtträgheitskoppelnde Brücken.
Um die Drehzahl des Rotors eines asynchronen Elektromotors zu steuern, wird ein berührungsloses Messgerät (Abb. 3, b) verwendet, das einen Messtransformator für den Strom TA und einen Fernseher mit Spannung enthält.