Глава 4 (Учебник - информационные системы), страница 2
Описание файла
Файл "Глава 4" внутри архива находится в папке "Учебник - информационные системы". Документ из архива "Учебник - информационные системы", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "информационные устройства и системы" из 9 семестр (1 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "информационные устройства и системы" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Глава 4"
Текст 2 страницы из документа "Глава 4"
Классы точности АТГ представлены в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Классы точности АТГ
Показатель | Тахогенераторы | |||||
высокоточные | точные | общего назначения | ||||
класс точности | ||||||
0,025 | 0,05 | 0,1 | 0,25 | 0,5 | 1,0 | |
Нелинейность изменения выходного напряжения, % | 0,025 | 0,05 | 0,1 | 0,25 | 0,5 | - |
Фазовая погрешность от изменения частоты вращения, ‘ | 20 | 20 | 25 | 30 | - | - |
Современные АТГ измеряют скорости вращения в диапазоне 10 … 104 об/мин, уровень выходного напряжения составляет 0 … 10 В, остаточное напряжение до 100 мВ. В табл. 4.2 приведены примеры некоторых промышленных моделей АТГ. Символом k обозначен коэффициент преобразования (крутизна характеристики).
Таблица 4.2. Примеры промышленных АТГ
Модель | U,В (f, Гц) | nном, об/мин | k, В/об/мин | Rн, кОм | , % | , мм | l, мм | m, кг |
ТГ-5А | 115 (400) | 9000 | 0,0012 | 1,2 | 2,5 | 55 | 82 | 0,28 |
ДИГ-3 | 36 (400) | 10000 | 0,002 | 2 | 35 | 80 | 0,18 | |
4ТИ-3,2 | 115 (400) | 4000 | 0,003 | 30 | 0,05 | 32 | 86 | 0,32 |
Широкое использование АТГ в промышленном производстве связано с рядом очевидных достоинств этих ДС. В первую очередь, это простота и надежность конструкции, очень малый момент инерции, а также отсутствие щеточно-коллекторного узла. К недостаткам АТГ необходимо отнести необходимость стабилизации напряжения возбуждения и наличие «нулевого сигнала».
4 .1.2. Тахогенераторы постоянного тока
ТГ постоянного тока (ТГПТ) представляет собой маломощную электрическую машину с независимым возбуждением или с постоянными магнитами (рис. 4.6). Конструктивно ТГПТ состоит из статора, выполненного в виде ферромагнитного каркаса с 2р полюсами, ротора - в виде многослойного цилиндра и щеточно-коллекторного узла. Электрические машины этого типа используются в следящих приводах постоянного тока различного назначения, системах измерения скоростей и т.д.
Функция преобразования ТГПТ (так же как и других индукционных машин) зависит от конструктивных особенностей и величины нагрузки. ЭДС индукции Ер, возникающей в электрической машине при вращении ротора относительно обмотки возбуждения, выражается зависимостью вида:
здесь p - число пар полюсов, r - количество проводников, образующих ротор, a - обмоточный параметр, Ф - поток индукции через ротор.
Обозначая все конструктивные параметры как k, получим для идеального случая (рис. 4.7):
Uвых = UТГ = k n = k d/dt,
где n - частота вращения; k - крутизна характеристики; - угол поворота ротора.
Данное выражение описывает линейную функцию преобразования, которая справедлива при допущении, что Фв, Rя, Rн = const. Здесь Фв - магнитный поток возбуждения; Rя - сопротивление якорной обмотки; Rн - сопротивление нагрузки. Для вычисления крутизны характеристики ТГТП k используется выражение:
где Ce = Eр/Фв n.
Наибольшая крутизна характеристики имеет место на холостом ходу, при Rн = . (У современных ТГПТ k лежит в широких пределах 3 ... 100 мВ/об/мин).
В системах управления ТГПТ представляется апериодическим звеном. Передаточная функция ТГПТ обычно апроксимируется зависимостью:
здесь С - суммарная емкость электрической машины и нагрузки.
Реальный режим работы ТГПТ значительно отличается от идеального. Среди большого количества различных источников погрешностей, обычно выделяют следующие факторы: сопротивление щеточного узла, размагничивающее действие потока реакции ротора, изменение температуры обмоток и «зубцовая пульсация» выходного напряжения.
Основное влияние на точность ТГПТ оказывает щеточно-коллекторный узел. Падение напряжения на щетках Uщ, сдвигающее характеристику датчика по оси скорости вызывает появление аддитивной погрешности а равной: . Данная погрешность соответствует некоторой зоне нечувствительности при малых скоростях ротора (рис. 4.7). Другая проблема, связанная с наличием щеточно-коллекторного узла заключается в нестабильности функции преобразования (вследствие непостоянства переходного сопротивления контактов), а также излучением радиопомех.
Уменьшение влияния данного узла на точность ТГПТ достигается путем снижения переходного сопротивления щеток, и экранирования корпуса. (С этой целью щетки делают из серебрянно-графитовых материалов).
Вторая особенность, присущая всем индукционным машинам связана с влиянием тока в цепи нагрузки на магнитный поток ОВ. Действительно, при Rн , магнитный поток Фв уменьшается с увеличением скорости за счет размагничивающего действия потока реакции якоря. Это приводит к снижению крутизны характеристики ТГПТ, особенно заметной на больших скоростях вращения (рис. 4.7). Величина указанной мультипликативной погрешности достигает 3 %.
Магнитный поток ОВ чувствителен и к изменению температуры окружающей среды. Например, тепловые эффекты, возникающие в процессе работы ТГПТ, приводят к увеличению сопротивления обмоток ротора и возбуждения. При этом, поскольку сопротивление роторной обмотки Rя очень мало, его изменение практически не влияет на выходной сигнал. Существенно большее влияние оказывает изменение сопротивления ОВ, приводящее к уменьшению тока возбуждения, а, следовательно, и магнитного потока Фв, что снижает крутизну характеристики ТГПТ. (Величина этой дополнительной погрешности может достигнуть 5%). Для компенсации температурной чувствительности наиболее распространен способ, при котором в цепь ОВ включается термонезависимое сопротивление Rдоб, такое, что Rдоб > Rов, где Rов - сопротивление ОВ.
В таком случае, величина тока возбуждения будет определяться в основном величиной Rдоб и, следовательно, мало зависеть от Rов. Тогда
Iв = Uв/(Rдоб + Rов) const
Другой путь предполагает использование ТГПТ с постоянными магнитами, не имеющими ОВ.
Н аконец, для ТГПТ характерны некоторые зубцовые пульсации выходного напряжения, возникающие вследствие неравномерности воздушного зазора, вибраций щеток и т.д. Для уменьшения погрешностей этого вида в конструкции ТГПТ используют полый ротор (он выполнен в виде стакана, состоящего из обмотки, проводники которой, связаны воедино пластмассой). У таких датчиков момент инерции ротора весьма мал, а также отсутствуют пульсации выходного напряжения, поскольку ротор не имеет зубцов. Классы точности ТГПТ приведены в табл. 4.3.
Таблица 4.3. Классы точности ТГПТ
Показатель | Тахогенераторы | ||||||
высокоточные | точные | общего назначения | |||||
класс точности | |||||||
0,02 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 1,0 | 2,5 | |
Нелинейность изменения выходного напряжения, % | 0,02 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,5 | - | - |
Асимметрия выходного напряжения, % | 0,025 | 0,05 | 0,125 | 0,25 | 0,5 | 1,25 | 2,5 |
В номинальном режиме суммарная погрешность ТГПТ лежит в пределах 1,0 ... 4,0 %.
ТГПТ широко используются при построении следящих систем различного назначения: в приводах механизмов черной металлургии (транспортеры, прокатные станы), на транспорте (электропоезда), грузоподъемных устройствах (манипуляторы, краны), а также во многих устройствах автоматики. На рис. 4.8 представлена схема системы управления, получившей название «электромашинный усилитель - исполнительный двигатель» (сокращенно «ЭМУ-ИД»). Схема нашла применение в задачах управления объектами, имеющими большой момент инерции. В табл. 4.4 представлены характеристики некоторых известных моделей ТГПТ.
Таблица 4.4. Примеры промышленных ТГПТ
Модель | nном, об/мин | k, В/об/мин | Rн, кОм | , % | , мм | l, мм | m, кг |
ТГП-5 | 6000 | 0,004 | 10 | 5 | 37 | 48 | 0,09 |
ТД-103 | 1500 | 0,1 | 1,2 | 2,5 | 55 | 98 | 0,7 |
TS-252 | 4000 | 0,003 | 0,4 | 1,4 | 40 | 50 | 0,1 |
Примечание. Модель TS-252 разработана фирмой Tamagawa, Япония.
ТГПТ наиболее часто используются в мехатронных устройствах и системах управления общего назначения. Их достоинства: большая выходная мощность, отсутствие фазовой погрешности (при активной нагрузке), а также отсутствие обмоток возбуждения (для ТГПТ с постоянными магнитами) сделали ДС этого типа привлекательными для большого числа прикладных задач. Недостатки ТГПТ связаны с большей, по сравнению с АТГ стоимостью, нестабильность выходной характеристики и наличием пульсаций напряжения. Также ТГПТ создают радиопомехи.
4.2. Датчики динамических величин
К датчикам динамических величин (ДДВ) относятся информационные устройства, преобразующие изменение динамических факторов (силы, ускорения и давления) в изменение электрического сигнала.