Вопрос 54 Тахогенераторы: конструкция, принцип действия, схема включения, область применения, основные характеристики.

Тахогенераторами (ТГ) называются электрические машины небольшой мощности, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал.

Главное требование, предъявляемое к тахогенераторам, заключается в линейности выходной характеристики - пропорциональной зависимости между выходным напряжением U и угловой скоростью вращения n:

(4.1)

где: k, k’ - коэффициенты пропорциональности; j - угол поворота.

Из уравнения (4.1) видно, что тахогенеpатоpы можно использовать для измерения скорости вращения и для электромеханического дифференцирования, если за входной сигнал принять угол поворота ротора.

По роду тока тахогенераторы можно разделить на ТГ переменного и ТГ постоянного тока.

Асинхронный тахогенератор

Конструкция асинхронного тахогенератора ничем не отличается от асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором. Как и в ИД, одна из обмоток статора подключается к сети переменного тока и называется обмоткой возбуждения (ОВ), с другой - генераторной обмотки (ГО) снимается выходное напряжение (рис. 4.1).

Рис. 4.1. К вопросу о принципе действия асинхронного тахогенератора

Принцип действия асинхронного тахогенератора заключается в следующем. (Для упрощения качественного анализа примем полый ротор состоящим из конечного числа витков, замкнутых на торцах).

При питании обмотки возбуждения переменным током частоты f_В возникает пульсирующий магнитный поток Ф_В, который во вращающемся роторе индуцирует два вида ЭДС: трансформаторную ЭДС - Е_Т (показана внутри ротора) и ЭДС вращения - Е_ВР(показана снаружи ротора).

В контурах, перпендикулярных оси обмотки возбуждения, под действием трансформаторной ЭДС протекают токи и возникает поток Ф_ТР, который в соответствии с принципом Ленца направлен встречно потоку обмотки возбуждения, однако его действие компенсируется увеличением тока возбуждения. Так как ось генераторной обмотки перпендикулярна потоку Ф_ТР, он не будет индуцировать в ней никакой ЭДС.

В контурах, параллельных оси обмотки возбуждения, но теперь уже под действием ЭДС вращения тоже протекают токи, которые создают свой поток Ф_ВР. Он, пульсируя по оси генераторной обмотки, и наводит в ней выходную ЭДС.

Уменьшению амплитудной погрешности способствует правильная калибровка АТГ, т.е. настройка схемы, в которой работает АТГ, на оптимальный наклон идеальной выходной характеристики АТГ. Так, если диапазон измеряемых частот вращения невелик, настройку лучше выполнить в соответствии с рис.4.2, а. Если же диапазон достаточно широк, целесообразно откалибровать АТГ по рис. 4.2, б.

Рис. 4.2. К вопросу о калибровке асинхронного тахогенератора при малом диапазоне скоростей вращения а) и широком б)

Вопрос 55 Акселерометры: конструкция, принцип действия, схема включения, область применения, основные характеристики.

. Принцип действия

При воздействии на подвижный элемент сенсора массой m силы F = ma возникает смещение x, пропорциональное ускорению:

где β — жесткость подвески, a — ускорение смещения сенсора, ω0 — собственная частота колебаний сенсора, определяющая чувствительность механической части системы.

На балки, зафиксированные на подложке, подаются электрические сигналы — прямоугольные импульсы различной полярности в противофазе (рис.1). При отсутствии ускорения смещение механики отсутствует и емкости равны, поэтому выходной сигнал переменного напряжения, снимаемый с подвижной пластины, также практически равен нулю (всегда присутствует малое ненулевое смещение). При наличии ускорения баланс емкостей нарушается, и появляется переменный сигнал.

Рис. 1. Схема обработки сигнала датчика

При малых смещениях подвижной части электрический сигнал пропорционален величине смещения, которое, в свою очередь, пропорционально ускорению. В акселерометрах ADI полученный сигнал, как правило, детектируется в схеме синхронного демодулятора и усиливается. Необходимо учитывать, что при подаче напряжения между балками возникают электростатические силы, которые тем больше, чем больше разбаланс емкостей. Поэтому для предотвращения нежелательного возбуждения сенсора и уменьшения шумов частота электрического сигнала, подаваемого на емкости, выбирается существенно больше собственной частоты колебаний сенсора.

Типичное значение резонансной частоты акселерометра редко превышает 10 кГц, частоты подаваемого сигнала — 100 кГц. Выходным сигналом преобразователя после соответствующей обработки сигнала с сенсорной части является напряжение, линейно связанное с величиной ускорения или сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при котором ускорение также пропорционально отношению длительности импульса к периоду последовательности. В линейке интеллектуальных датчиков семейства ADIS существуют также варианты с цифровым выходным сигналом, передаваемым по последовательному SPI-интерфейсу.