Tachogenerátory — typy, zařízení a princip činnosti
Slovo „tachogenerátor“ pochází ze dvou slov – z řeckého „tachos“ znamenajícího „rychlý“ a z latinského „generátor“. Tachogenerátor je proměnný nebo konstantní elektrický měřicí mikrostroj, který je namontován na hřídeli zařízení a převádí aktuální hodnotu rychlosti otáčení hřídele na elektrický signál, jehož parametr nese informaci o frekvenci otáčení.
Tento parametr může být generované EMF nebo hodnotu frekvence signálu. Výstupní signál z tachogenerátoru může být přiveden na vizuální displej (např. displej) nebo do zařízení pro automatickou regulaci otáček hřídele, na kterém tachogenerátor pracuje.
Tachogenerátory jsou několika typů v závislosti na typu signálu generovaného na výstupu: se střídavým napěťovým nebo proudovým signálem (asynchronní nebo synchronní tachogenerátory), nebo s konstantním signálem.
DC tachogenerátor
Stejnosměrný tachogenerátor je kolektorový stroj s buzením buď permanentními magnety (běžnější) nebo budicí cívkou (méně často) umístěnou na jeho statoru. Měřicí emf se indukuje na vinutí rotoru tachogenerátoru a ukazuje se, že je přímo úměrné úhlové rychlosti otáčení rotoru, ve skutečnosti rychlosti změny magnetického toku, přesně podle se zákonem elektromagnetické indukce.
Výstupní signál — napětí, jehož hodnota je rovněž přímo úměrná úhlové rychlosti otáčení rotoru — je odváděn přes kartáče z kolektoru. Vzhledem k tomu, že práce zahrnuje sběrač a štětcetaková jednotka podléhá rychlejšímu opotřebení než AC tachogenerátor. Problém je v tom, že sběrná jednotka kartáčů při své práci generuje impulsní šum ve výstupním signálu takového tachogenerátoru.
Tak či onak je výstupním signálem stejnosměrného tachogenerátoru napětí, které ztěžuje přesný převod napětí na otáčky, protože magnetický vychylovací tok závisí na teplotě magnetů, na elektrickém odporu v místě kontaktu. kartáčů s kolektorem (který se mění s časem), konečně — z demagnetizace permanentních magnetů v průběhu času.
Nicméně v některých případech jsou stejnosměrné tachogenerátory vhodné jak pro formu znázornění výstupního signálu, tak i pro přirozený jev přepólování tohoto signálu v souladu se změnou směru otáčení hřídele.
Stejnosměrné tachogenerátory se vyznačují «transformačním faktorem» St, který vyjadřuje poměr odebraného napětí Uout k frekvenci otáčení Frot odpovídající danému napětí.Tento parametr je uveden v technické dokumentaci k tachogenerátoru a měří se v milivoltech násobených otáčkami za minutu. Když znáte tento parametr a výstupní napětí z tachogenerátoru, můžete vypočítat aktuální frekvenci pomocí vzorce:
Elektromotor s vestavěným tachogenerátorem:
Asynchronní AC tachogenerátor
Asynchronní střídavé tachogenerátory mají podobnou konstrukci pro asynchronní motory s kotvou nakrátko… Rotor je zde vyroben ve formě dutého válce (obvykle měděného nebo hliníkového) a stator obsahuje dvě vinutí umístěná v pravém úhlu k sobě. Jedno ze statorových vinutí je budicí, druhé je výstupní. Do budicí cívky je přiváděn střídavý proud o určité amplitudě a frekvenci a výstupní cívka je připojena k měřicímu zařízení.
Když se rotor veverky otáčí, periodicky porušuje počáteční ortogonalitu magnetických toků dvou cívek, v důsledku zkreslení obrazu magnetických polí se ve výstupní cívce periodicky indukuje EMF. Pokud je rotor stacionární, pak není magnetický tok budicí cívky zkreslen a ve výstupní cívce se neindukuje EMF. Zde je velikost generovaného EMF úměrná rychlosti otáčení hřídele.
Protože proud přiváděný do budícího vinutí má svou vlastní frekvenci, odlišnou od rychlosti otáčení hřídele, nazývá se takový tachogenerátor asynchronní. Tato konstrukce mimo jiné umožňuje usuzovat na směr otáčení rotoru podle fáze výstupního signálu — při změně směru otáčení dochází k obrácení fáze.
Synchronní AC tachogenerátor
Synchronní tachogenerátory jsou bezkomutátorové AC stroje.Magnetizace rotoru je vytvářena permanentním magnetem, přičemž na statoru je přítomno jedno nebo více vinutí. V tomto případě bude jak amplituda výstupního signálu, tak jeho frekvence úměrná rychlosti otáčení hřídele. Údaje o rychlosti lze tedy měřit jak hodnotou amplitudy (detekce amplitudy), tak přímo frekvencí (detekce frekvence). Z výstupního signálu synchronního tachogenerátoru však nelze určit směr otáčení.
Rotor synchronního střídavého tachogenerátoru může být vyroben ve formě vícepólového magnetu a vydávat ve výstupním signálu několik impulsů za sebou na jednu otáčku hřídele. Takové tachogenerátory spolu s asynchronními mají delší životnost, protože nemají sběrací zařízení kartáčů náchylné k mechanickému opotřebení.
Detekce frekvence
Protože výstupní frekvence synchronního tachogenerátoru nezávisí na teplotě a dalších faktorech, je měření frekvence s ním přesnější. Výpočet je velmi jednoduchý, stačí znát počet pólových párů p rotoru:
Ale je tu také nuance. Aby přesnost výpočtů byla dostatečně vysoká, je nutné vyčlenit čas, během kterého se již teoreticky může rychlost měnit, což znamená, že během počítání impulzů se zvyšuje chyba měření, což je škodlivé.
Aby se snížila chyba měření, je rotor vyroben vícepólový, takže výpočty mohou být provedeny rychleji a odezva řídicího systému může následovat rychleji. Pro jeden pól se frekvence vypočítá podle následujícího vzorce:
kde N je počet přečtených pulzů, T je doba počítání pulzů
U synchronního tachogenerátoru se amplituda signálu mění v závislosti na otáčkách, proto je důležité při návrhu detektoru výstupní frekvence zohlednit celý možný rozsah amplitud výstupních napětí tachogenerátoru.
Detekce amplitudy
Při amplitudové metodě určení frekvence bude obvod frekvenčního detektoru jednodušší, ale zde je důležité vzít v úvahu vliv takových faktorů, jako jsou: teplota, změna nemagnetické mezery atd. Čím vyšší je frekvence , tím větší je amplituda výstupního signálu, proto je obvod detektoru obvykle usměrňovač a Dolní propust, kde převodní faktor měřený v mV * ot/min umožňuje určit frekvenci pomocí následujícího vzorce:
Kromě tradičních typů tachogenerátorů probíraných v tomto článku se v moderních technologiích používají také pulzní snímače. na bázi optočlenů, Hallovy senzory atd. Výhodou tachogenerátorů je, že při spárování s detektorem nevyžadují žádné další zdroje energie. Mezi nevýhody tradičních tachogenerátorů strojního typu patří špatná citlivost při nízkých rychlostech a zavedený brzdný moment.