Тахогенераторами (ТГ) называются информационные электрические машины, преобразующие механическое перемещение вала (вращение) в пропорциональный ему электрический сигнал (выходное напряжение).

Основными требованиями, предъявляемыми к ТГ, являются минимальная нелинейность Н выходной характеристики (у идеального ТГ выходная характеристика U_г=k_усn); большая крутизна выходной характеристики или максимальный коэффициент усиления k_ус = U_г/n, мВ (об/мин); симметрия выходного напряжения U_{г (+n)}= U_{г (-n) ;} малое остаточное напряжение Е₀ при частоте вращения n=0; малая зона нечувствительности; минимальные пульсации выходного напряжения и минимальные изменение его фазы большая выходная мощность; малый момент инерции ротора и малый момент статического трения; стабильность выходной характеристики при изменении условий окружающей среды.

В схемах автоматики ТГ используются для измерения частоты вращения, в качестве элемента вращения, в качестве элемента обратной связи по скорости, для осуществления электрического дифференцирования и интегрирования , где ; α-угол поворота ротора.

Асинхронные тахогенераторы по своей конструкции не отличаются от АИД (асинхронные исполнительные двигатели) с полным немагнитным ротором. При вращении ротора и подключении обмотки возбуждения к сети в роторе наводятся ЭДС и протекают токи, создающие поле реакции ротора. Размагничивающее действие продольной составляющей этого поля, направленный по оси обмотки возбуждения, компенсируется возрастанием из сети тока. Поперечная составляющая поля ротора направлена по оси выходной (генераторной) обмотки и наводит в ней выходную ЭДС Е_г . Все ЭДС и токи статора и ротора изменяются с изменением частоты сети, но значение выходной ЭДС пропорциональной частоте вращения.

Технически выходная характеристика АТГ ( при Z_H =const) нелинейна (рисунок №1).

Для уменьшения нелинейности, % (Н=50 ( +)/ U_{г. ном} , где U_{г. ном} – выходное напряжение при n=n_ном ), ротор АТГ выполняется из материалов с большим удельным сопротивлением (фосфоридная бронза, сплавы манганина и т.п.)

С целью расширения зоны рабочих частот вращения, в которых выходная характеристика с заданной точностью линейна, АТГ проектируют на повышенную частоту питания (400,500 Гц).

За фазовую погрешность Δφ принимают наибольшую разность фаз ЭДС АТГ при номинальной и минимальной частотах вращения в рабочем диапазоне (). Амплитудную ΔU и фазовую Δφ погрешности можно значительно уменьшить путем подбора характера нагрузки. При определенной активно-емкостной нагрузке минимальная амплитудная погрешность, при активно-индуктивной – фазовая. Наличие нулевого (остаточного) напряжения Е₀ в АТГ обусловлено технологическими причинами, вызывающими магнитную асимметрию. С целью уменьшения последней АТГ проектируют с числом полюсов 2р≥4. Температурная погрешность АТГ характеризуется температурным коэффициентом выходного напряжения. Последний равен изменению U_г при изменении температуры на 1⁰ С. В современных АТГ температурная погрешность не велика – 0,005÷0,15% /⁰ С.

В зависимость от значений нелинейности АТГ делятся на шесть классов: Н= ±0,025 % до Н≥±1%. Основные технические данные АТГ приведенные в таблице №1. Отметим, что при питании обмотки возбуждения постоянным током АТГ могут работать как датчики угловых ускорений – акселерометры.

Таблица №1 “Основные технические данные серий АТГ”

По принципу действия тахогенераторы постоянного тока (ТГПТ) аналогичны обычным генераторам постоянного тока. По конструкции ТГПТ не отличаются от исполнительных двигателей постоянного тока с пазовым или полным ротором.

Отличительной способностью ТГПТ является значительное влияние падения напряжения на щеточно-коллекторном переходе ΔU_щ на выходную характеристику (рисунок №2). За счет ΔU_щ у ТГПТ появляется зона нечувствительности –тзона частот вращения от n=0 до n_min =ΔU_щ /k_ус , в которой U_г = 0. С целью уменьшения зоны нечувствительности в ТГПТ устанавливаются медно-графитовые или серебряно-графитовые щетки, а в прецизионных ТГ- проволочные щетки с серебряным, золотым или платиновым покрытием.

Нелинейность выходной характеристики ТГПТ обусловлен в основном размагничивающим действием реакции якоря. Для уменьшения этого влияния магнитная цепь ТПГТ выполняется либо ненасыщенной, либо сильно насыщенной. Нелинейность крутизна а так же температурный коэффициент выходного напряжения ТГПТ определяются так же, как у АТГ. В современных ТГПТ с электромагнитным возмущением температурная погрешность колеблется от 0,42 до 0,83 %/⁰С, с возбуждением от постоянных магнитов – от 0,01 до 0,12/⁰С . При изменении направления вращения якоря у ТГПТ возникает асимметрия выходного напряжения. Погрешность асимметрии, % определяется формулой

где U_г(+n),U_г(-n) – выходные напряжения при вращении якоря с одинаковой частотой вращения n в разных направлениях. Вследствие наличия магнитной асимметрии, зубчатости якоря и щеточно-коллекторного узла у ТГПТ появляются якорные, зубцовые и коллекторные пульсации выходного напряжения. Коэффициент пульсации рассчитывается по формуле, %,

k_пул= 50 (U_{г max}-U_{г min})/U_г.ср

где U_{г max} , U_{г min} – наибольшее и наименьшее значение выходного напряжения за один оборот; U_г.ср – среднее значение выходного напряжения. Эти напряжения измеряются вольтметром магнитно-электрической системы или определяются по осциллограмме. Зубцовые и коллекторные пульсации могут быть значительно уменьшены включением в цепь якорной обмотки емкостных фильтров.

В зависимости от значений погрешностей ТГПТ делятся на семь классов: от Н=±0,02% до Н=±2,5%. Основные технические данные ТГПТ приведены в таблице №2.

Таблица №2 “Основные технические данные серии ТГПТ”

Синхронные тахогенераторы (СТХ) – это синхронные генераторы с насыщенной магнитной системой, возбуждаемые постоянными магнитами, расположенными на статоре.

В пазах СТГ располагается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотка. Особенностью СТГ является то, что не только амплитуда наводимой в обмотке якоря ЭДС, но и ее частота пропорциональны частоте вращения ротора. Поэтому СТГ используется либо информационного элемента для измерения частоты вращения рабочего механизма, либо в качестве генератора опорного напряжения (ГОН) в фазочувствительных схемах следящих систем. Иногда СТГ применяют в качестве датчиков частоты вращения и синусоидальной формой кривой выходного напряжения.

Основные технические данные СТГ приведены в таблице №3. Коэффициент искажения синусоидальной формы кривой выходного напряжения, %, рассчитывается по формуле

где U_v – действующее значение напряжения v-й гармоники.

Таблица №3 “Основные технические данные СТГ”