Принцип работы, устройство и величины, характеризующие асинхронный тахогенератор

Асинхронный тахогенератор (ТА) представляет собой двухфазную асинхронную машину с короткозамкнутым ротором, выполненным в виде тонкостенного немагнитного стакана. На статоре ТА расположены две обмотки, оси которых смещены в пространстве относительно друг, друга на 90°. Одна из обмоток — обмотка возбуждения — включается в сеть переменного тока. Обозначим эту обмотку через В. Она создает в машине пульсирующий с частотой сети магнитный поток Ф_d. Поскольку ось этого потока совпадает с осью обмотки возбуждения, его называют продольным магнитным потоком. Продольный поток пропорционален приложенному напряжению, т. е. Ф_d ~ U_B. При неподвижном роторе пульсирующий магнитный поток индуцирует в роторе трансформаторную ЭДС, которая создает ток I_d и НС по продольной оси ротора.

Если ротор ТА приведен во вращение с некоторой угловой скоростью ω = dα/dt, то в нем индуцируется еще ЭДС вращения пропорциональная Ф_d и ω _р: E_q ≈ Ф_d dα/dt. Под действием этой ЭДС возникают поперечный ток ротора I_q и поперечный поток Ф_q, которые также пропорциональны Ub и изменяются во времени с частотой сети. Поперечный магнитный поток Ф_qиндуцирует во второй обмотке ТА, называемой генераторной, ЭДС.

где k₁ ~ коэффициент пропорциональности, зависящий от электрических параметров обмотки и ротора ТА.

Частота ЭДС генераторной обмотки ТА не зависит от угловой скорости ротора и всегда равна частоте сети, от которой питается; обмотка возбуждения; ее фаза определяется электрическими параметрами ТА. Необходимо отметить, что в общем случае линейная зависимость ЭДС генераторной обмотки от угловой скорости ротора на самом деле существует с некоторым приближением, которое, зависит главным образом от активного сопротивления короткозамкнутого ротора и индуктивного сопротивления рассеяния обмотки возбуждения.

Сельсины

Системы, используемые для дистанционной передачи угла, называются синхронными передачами. Они состоят из датчика, приемника и линии связи между ними.

Рис. 37. Электрическая схема однофазного сельсина      Рис. 38. Электрическая схема дифференциального

f обмотка возбуждения (управления);                                                                         сельсина

ABC трех фазная обмотка синхронизации

По своим функциям синхронные передачи разделяются на индикаторные, имеющие на валу приемника только указатель, и измерительные, предназначенные для измерения и индикации угла рассогласования между валами датчика и приемника.

В зависимости от рода тока, различают синхронные передачи на постоянном токе, многофазном переменном и однофазном переменном токе. Синхронная передача называется самосинхронизирующейся, если каждому положению вала датчика соответствует вполне определенное положение вала приемника. В автоматике наибольшее распространение получили самосинхронизирующиеся передачи на однофазном переменном токе.

Сельсинами называют индукционные электрические машины, используемые в самосинхронизирующихся синхронных передачах однофазного переменного тока. В зависимости от функций, выполняемых сельсинами в системах синхронной связи, различают: сельсины-датчики (СД), индикаторные сельсины-приемники (СП), транс­форматорные сельсины-приемники, дифференциальные сельсины - датчики и сельсины-приемники.

По конструкции первые три группы сельсинов практически идентичны; они имеют обычно трехфазную синхронизирующую обмотку на статоре и однофазную обмотку возбуждения f или управления (для третьего типа) на роторе (рис. 37). Дифференциальные сельсины имеют трехфазные обмотки как на статоре, так и на роторе (рис. 38). С целью самосинхронизации сельсины выполняются как двухполюсные электрические машины.

Рис. 39. Конструктивная схема контактного сельсина щеткой; Рис. 40. Бесконтактный неявнополюсный

1-крышки; 2 — вал; 3 — подшипник; 4 —- корпус                 сельсин с кольцевым трансформатором

 5 — пакет статора 6- пакет ротора;                                 1- вал ротора; 2 — магнитопровод кольце-

7 - трехфазная синхронизирующая обмотка’                 вого трансформатора (КТ); 3-вторичная

8 — обмотка возбуждения;9-контактное кольцо            обмотка КТ; 4 - первичная обмотка К1,

со щеткой 10 — демпферная обмотка                                                      5 - корпус; 6 - пакет статора;

                                                                                 7-пакет ротора; 8 - обмотка синхронизации;

                                                                                          9 обмотка возбуждения

По типу токоподвода к ротору сельсины делятся на контактные и бесконтактные В контактных сельсинах токоподвод к обмотке ротора осуществляется с помощью контактных колец и щеток (рис. 39). В бесконтактных сельсинах наибольшее распространение получили две модификации: неявнополюсныё сельсины с кольцевым трансформатором и явнополюсные сельсины, конструкции Иосифьяна—Свечарника. Неявнополюсный сельсин с кольцевым трансформатором (рис. 40) имеет магнитопровод статора с трехфазной обмоткой синхронизации и неявнополюсный магнитопровод ротора, в пазах которого размещается однофазная обмотка, соединенная по схеме. В отличие от ротора контактного сельсина здесь обмотка ротора соединяется с выводными зажимами с помощью кольцевого трансформатора (КТ), магнитопровод которого выполнен из составных шихтованных сердечников или феррита.

В системах синхронной передачи сельсины возбуждаются однофазным переменным током, поэтому в каждом из сельсинов независимо от его функции образуется пульсирующий магнитный поток, индуцирующий в обмотках синхронизации трансформаторную ЭДС, пропорциональную косинусу угла (а) между осью фазы обмотки синхронизации и направлением магнитного потока. Так, например, при питании обмотки возбуждения сельсина переменным током ЭДС, индуцируемые в фазах обмотки синхронизации, выражаются формулами

где Ёф — наибольшее значение ЭДС фазы

Вращающиеся трансформаторы

Вращающимся трансформатором (ВТ) называется индукционная электрическая машина переменного тока, взаимная индуктивность обмоток которой изменяется по определенному закону в зависимости от угла поворота ротора. ВТ широко применяются в электромеханических счетно решающих устройствах в качестве преобразователей угла поворота в переменное напряжение изменяющееся по заданному закону в зависимости от угла, в синхронных передачах грубого и точного отсчета как измерители угла рассогласования между двумя осями, в преобразователях вал - цифра, в программных механизмах и т. п.

Рис. 41 Конструктивная схема ВТ 1 - крышки; 2 - подшипники; 3 - контактные кольца; 4 - пакет статора; 5 -пакет ротора; 6 – корпус

Основными типами ВТ являются: 1) двухполюсные ВТ, имеющие по две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре и роторе.; 2) многополюсные ВТ с распределенными и сосредоточенными обмотками; 3) индукционные редуктосины и индуктосины; 4) функ­циональные ВТ и индукционные потенциометры .Двухполюсные ВТ выполняются как неявнополюсные электрические машины, имеющие равномерно распределенные пазы на ста­торе и роторе (рис. 41). Пакеты статора и ротора набираются из листовой электротехнической стали или пермаллоя. Для получения однородных магнитных свойств применяется веерная сборка листов и скос паза ротора на одно зубцовое деление. В пазы статора и ротора укладываются по две взаимно перпендикулярные обмотки; закон распределения витков по пазам подбирается таким образом чтобы взаимная индуктивность обмоток статора и ротора изменялась по синусоидальному (косинусоидальному) закону в зависимости от угла поворота ротора. Напряжение к обмоткам ротора подводится (снимается) с помощью контактных колец и щеток или с помощью контактных пружин; во втором случае угол поворота ротора ограничен. За последние годы получили распространение ВТ, в которых питание к обмотке ротора подается с помощью кольцевого трансформатора (рис. 42).

Рис. 42. ВТ с кольцевыми трансформаторами 1 — подшипники; 2— крышки; 3— кольцевые трансформаторы; 4 — пакет статора; 5 — пакет ротора; 6 — корпус

Электрическая схема четырехобмоточного ВТ приведена на рис. 43. В зависимости от схемы включения обмоток и их питания различают следующие основные режимы работы: 1) синусно-косинусный ВТ; 2) линейный ВТ; 3) ВТ — преобразователь координат; 4) ВТ в режиме фазовращателя; 5) трансформаторная синхронная передача на ВТ. Основные соотношения для этих режимов рассматриваются ниже .

Многополюсные ВТ применяются для дистанционной передачи угла по принципу электромагнитной редукции. Принцип электро­магнитной редукции состоит в том, что период изменения выходного напряжения ВТ по амплитуде составляет 2π/р (где р — число пар полюсов); т. е. за один оборот ротора напряжение ВТ проходит р периодов; р называют коэффициентом электромагнитной редукции. При одинаковых относительных погрешностях изменения выходного напряжения ВТ погрешность многополюсного Ш , выраженная в угловых единицах, будет в р раз меньше, чем двух полюсного.

Рис . 43Электрическая схема ВТ

Синусно-косинусный ВТ

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) преобразует угол поворота α в два переменных напряжения, амплитуды которых пропорциональны соответственно sin α и cos α. Наиболее просто это преобразование реализуется с помощью двухполюсного четырехобмоточного ВТ, описанного в предыдущем разделе. Схема включения СКВТ приведена на рис. 44. Здесь f обмотка возбуждения; k —квадратурная обмотка; а — косинусная обмотка; b — синусная обмотка.

 Рис. 44. Электрическая схема СКВТ

Принцип работы. При рассмотрении основных режимов работы СКВТ примем следующие допущения: 1) взаимная индуктивность обмоток статора и ротора изменяется по синусоидальному (косинусоидальному) закону; 2) обмотки на статоре (роторе) взаимно перпендикулярны; 3) потери в стали пренебрежимо малы; 4) собственные параметры обмоток статора и ротора попарно одинаковы и постоянны.

Такой СКВТ называется идеализированным. Наиболее простым является режим холостого хода, (Z_на=Z_нb = ∞). При включении обмотки возбуждения в сеть переменного тока в воздушном зазоре машины образуется пере­менный продольный магнитный поток Ф_d ось которого совпадает с осью обмотки возбуждения. Этот поток индуцирует (рис. 9-9):

ЭДС в обмотке возбуждения