ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 4

«Исследование тахогенератора постоянного тока»

Цель работы: ознакомление с принципами действия и устройством тахогенератора постоянного тока ТГП-5.

1. Теоретическая часть

В мехатронных и робототехнических системах в большинстве случаев приходится определять скорости вращающихся деталей или узлов, поэтому под тахометрическими датчиками обычно понимают датчики угловой скорости. Они служат для измерения и стабилизации скорости привода в заданных пределах. Контроль скоростных показателей существенно повышает плавность хода и точностные характеристики приводов, является необходимым условием при построении систем управления позиционно-контурного типа.

Принцип действия большинства промышленных датчиков скорости основан на законе Фарадея

,

в соответствии с которым ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф. Конечно, не во всех датчиках скорости используется электромагнитный метод преобразования. Например, для обеспечения необходимой точности при измерении очень малых или очень больших скоростей лучше применять оптические (лазерные, интерферометрические и др.) способы преобразования. В то же время именно электромагнитный метод позволяет создавать измерители скорости, не нуждающиеся в источниках питания, например использующие принцип генерации ЭДС индукции в обмотках датчика при взаимодействии его магнитной системы с ферромагнитными деталями вращающегося объекта.

Наиболее известным типом углового датчика скорости является тахогенератор (ТГ). Среди основных задач, решаемых с помощью ТГ, необходимо выделить измерение угловой скорости вала, осуществление обратной связи по скорости, а также электромеханическое преобразование (интегрирование и дифференцирование).

Наиболее известным типом датчика угловой скорости является ТГ постоянного тока, представляющий собой маломощную электрическую машину с независимым возбуждением или с постоянными магнитами (рис. 4.1, а). Конструктивно он состоит из статора, выполненного в виде ферромагнитного каркаса с 2р полюсами, ротора - в виде много­слой­ного цилиндра и щеточно-коллекторного узла.

Функция преобразования ТГ постоянного тока (как и других индукционных машин) зависит от конструктивных особенностей и величины нагрузки. ЭДС индукции , возникающей в электрической машине при вращении ротора относительно обмотки возбуждения, выражается зависимостью вида

где r — количество проводников, образующих ротор.

Для идеального режима работы ТГ (см. кривую 1 на рис. 4.1, б)

где K_т — коэффициент преобразования (крутизна характеристики).

Данная функция преобразования является линейной, она справедлива при допущении, что магнитный поток возбуждения Ф_в, а также сопротивления якорной (роторной) обмотки R_я и нагрузки R_н постоянны. Реальный режим работы ТГ постоянного тока значительно отличается от идеального. Следствием этого является зависимость K_т = особенно при высоких скоростях (см. кривая 3 на рис. 4.1, б):

.

Крутизна характеристики U_вых наибольшая на холостом ходу при R_н = У современных ТГ постоянного тока K_т = 0,5...2,0 мВ с/об).

2. Практическая часть

2.1. Лабораторная установка

В состав лабораторной установки входят:

1. тахогенератор ТГП-3,

2. электрический двигатель постоянного тока ДПМ-25,

3. регулируемый источник питания (БП),

4. осциллограф,

5. мультиметр.

2.1. Порядок выполнения лабораторной работы

1. Собрать установку согласно схеме на рис. 4.2.

1. С помощью мультиметра определить сопротивление роторной обмотки Rя.

2. Включить источник питания и осциллограф в сеть с напряжением 220В 50 Гц.

3. Вращая регулировочное колесико изменять напряжение питания Uип в диапазоне 1 … 20 В с шагом 1 В.

4. Снимать значения U_вых и занести результаты измерений в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Таблица записи результатов эксперимента

N	Uип, В	Uвых, В
1
2
3
…
19
20

1. Построить график функции преобразования датчика.

2. Определить изменение крутизны K при изменении угловой скорости датчика, с помощью формулы K = U_вых /U_ип

3. Определить абсолютную по­грешность _а, соответствующую зоне нечув­стви­тель­ности при малых ско­ростях ротора (рис. 4.1, б).

4. Вычислить относительную погрешность датчика .

5. Заполнить табл. 4.2.

Таблица 4.2

Таблица записи результатов вычислений

N	K	Rя, Ом	а, В	, %
1
2
….
19
20

1. Сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.

3. Контрольные вопросы

1. Принцип действия и область применения ТГ постоянного тока.

2. Влияние угловой скорости ротора на функцию преобразования датчика.

3. Причина появления случайных и систематических погрешностей ТГ постоянного тока.

4. Как рассчитываются аддитивная и мультипликативная погрешности датчика.