Асинхронный тахогенератор

Тахогенераторы применяют для преобразования механического вращения в электрический сигнал. На выходе тахогенератора возникает напряжение, пропорциональное частоте вращения вала какой-либо машины. Шкала прибора, включенного на выходе тахогенератора, градуируется непосредственно в оборотах в минуту (об/мин) или километрах в час (км/ч).

Асинхронный тахогенератор (рис. 1) устроен так же, как двухфазный асинхронный двигатель с полым немагнитным ротором (см. рис. 275,б). На статоре в пазах уложены две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90°. Одна из обмоток В (возбуждения) постоянно включена в сеть переменного тока, другая обмотка Г (Генераторная) присоединена к нагрузке (электроизмерительному прибору V), т. е. является выходной.

Рис. 1. Схема асинхронного тахогенератора

По обмотке возбуждения В проходит переменный ток, благодаря чему создается магнитный поток Ф_d, пульсирующий с частотой сети. Этот поток распределен в пространстве практически синусоидально, и ось его совпадает с осью обмотки возбуждения рис. 2, а), называемой продольной осью. Полый ротор можно представить в виде совокупности ряда элементарных проводников. В каждом таком проводнике поток Ф_d индуцирует э. д. с. e_т, называемую трансформаторной.

Так как активное сопротивление полого ротора во много раз больше индуктивного, то э. д. с. е_т и вызываемый ею в роторе ток i_т практически совпадают по фазе. На рис. 2, а показано направление э. д. с. ет и тока i_т в момент времени, когда поток Ф_d уменьшается. Создаваемая током i_т м. д. с. действует по продольной оси машины против м. д. с. обмотки возбуждения, т. е. при неподвижном роторе в машине имеют место те же процессы, что и в трансформаторе с вторичной обмоткой (ротором), замкнутой накоротко.

При вращении ротора каким-либо посторонним механизмом в его элементарных проводниках, помимо трансформаторной э. д. с, индуцируется еще и э. д. с. вращения е_вр, пропорциональная частоте вращения ротора n и изменяющаяся во времени с частотой сети. На рис. 2,б показаны мгновенные направления э. д. с. вращения е_вр и создаваемого ею тока i_вр в элементарных проводниках полого ротора.

Рис. 2. Распределение э.д.с. и токов в полом роторе, индуцируемых в результате пульсации потока Фd (а) и вращения ротора (б)

Рис. 3. Выходные характеристики асинхронного тахогенератора

При любой частоте вращения направление этой э.д.с. в элементах ротора, расположенных по обе стороны от поперечной оси, будет противоположным. Если пренебречь индуктивным сопротивлением полого ротора, то направление тока i_вр в каждом элементе будет совпадать с направлением э. д. с. е_вр. При этом условии токи ротора iвр будут создавать пульсирующий поперечный магнитный поток Ф_q. Этот поток не сцеплен непосредственно с обмоткой возбуждения, но в выходной обмотке Г он индуцирует э. д. с. Е_г.

Э. д. с. Е_г пропорциональна потоку Ф_q который, в свою очередь, пропорционален току i_вр и э. д. с. е_вр. Но так как последняя пропорциональна частоте вращения ротора n, то и э. д. с. Е_г в выходной обмотке, приблизительно равная напряжению U_вых, будет пропорциональна n.

Иными словами, выходная характеристика 2 (рис. 3) тахогенератора является линейной. В реальных условиях работы тахогенератора указанная характеристика несколько отклоняется от линейной зависимости 1, т. е. появляется амплитудная погрешность U. Очевидно, что частота изменения э. д. с. Е_г в выходной обмотке не зависит от частоты вращения ротора и при любых условиях равна частоте изменения э. д. с. е_вр в роторе, т. е. частоте сети, питающей обмотку возбуждения. Неизменность частоты выходного напряжения является ценным свойством асинхронного тахогенератора.