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 возникает пульсирующий магнитный поток , который во вращающемся роторе индуцирует два вида ЭДС: трансформаторную ЭДС – (показана внутри ротора) и ЭДС вращения – (показана снаружи ротора).

В контурах, перпендикулярных оси обмотки возбуждения, под действием трансформаторной ЭДС протекают токи и возникает поток , 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 , 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 . Он, пульсируя по оси генераторной обмотки, и наводит в ней выходную ЭДС.

Если принять, что магнитный поток возбуждения является гармонической функцией времени , то мгновенное значение ЭДС вращения будет . Ток, созданный этой ЭДС, . (Индуктивным сопротивление ротора можно пренебречь, поскольку он немагнитный, да к тому же выполнен из материала с высоким удельным сопротивлением). При отсутствии насыщения магнитный поток пропорционален току . Тогда мгновенное значение выходной ЭДС будет . Угловая частота сети . Так как ЭДС изменяется по гармоническому закону, ее действующее значение будет

.

Таким образом, величина выходной ЭДС асинхронного тахогенератора пропорциональна угловой скорости вращения, а ее частота равна частоте сети возбуждения.

При подключении нагрузки выходное напряжение станет меньше ЭДС на величину внутреннего падения напряжения

В общем случае асинхронный тахогенератор (АТГ) представляет несимметричную двухфазную машину, которую можно исследовать методом симметричных составляющих, что приводит к следующему выражению выходной характеристики [1]

(4.2)

где – коэффициент трансформации АТГ; – напряжение возбуждения; – относительная частота вращения; и – комплексные коэффициенты, зависящие от величины и характера нагрузки , от параметров схемы замещения АТГ.

Как следует из выражения (4.2), выходное напряжение не является линейной функцией относительной угловой скорости вращения . Нелинейность создает квадратичная зависимость . Если , то становится пропорциональным , а тахогенератор считается идеальным. При проектировании АТГ выражение стремятся уменьшить как за счет уменьшения так и за счет уменьшения .

Так как , то с целью уменьшения тахогенераторы проектируют на большую частоту . Правда при этом не уменьшают , поскольку при , слабее проявляется магнитная несимметрия машины. Обычно .

Комплексный коэффициент В [1]:

,

где – полное сопротивление обмотки возбуждения статора АТГ. Ясно, что с увеличением , коэффициент будет уменьшаться. Вот почему ротор АТГ выполняют из материала с высоким удельным сопротивлением (фосфористой или марганцевой бронзы, манганина и др.)! Повышению линейности выходной характеристики способствует и работа при больших сопротивлениях нагрузки . К уменьшению и обычно не прибегают т.к. первое снижает крутизну выходной характеристики, а второе – увеличивает габариты АТГ.