Погрешности тахогенератора постоянного тока.

На практике при работе тахогенератора на некоторую нагрузку постоянство магнитного потока возбуждения не соблюдается, так как ток нагрузки обусловливает появление потока реакции якоря. Этот поток частично размагничивает машину и тем изменяет поток возбуждения. Величина потока зависит от скорости и поэтому, взаимодействуя с основным магнитным потоком возбуждения, он создает результирующее магнитное поле, зависящее от скорости. Следовательно, нарушается линейная зависимость между напряжением, снимаемым с тахогенератора, и скоростью вращения (см. кривые на рис. XIII.3, причем Реакция якоря уменьшается с уменьшением нагрузки в цепи якоря и увеличением воздушного зазора между статором и якорем, т. е. с увеличением числа ампер-витков обмотки возбуждения по сравнению с числом ампер-витков якоря.

Таким образом является функцией не только скорости вращения, но и нагрузки, влияющей на величину потока возбуждения Ф. Следовательно, в уравнение (XIII.6) вместо э. д. с. холостого хода необходимо подставить э. д. с. при нагрузке:

тогда

При

Результирующий поток при нагрузке определяется по формуле

где — поток при холостом ходе;

— поток, характеризующий размагничивающее действие реакции якоря.

В первом приближении этот поток пропорционален току якоря

Подставляя выражение (XIII.11) в формулу (XIII.10), получим

откуда

В идеальном случае, при отсутствии реакции якоря выходное напряжение тахогенератора равно Относительная погрешность при этом определяется по формуле

Уравнение (XIII. 13) показывает, что относительная погрешность увеличивается с уменьшением сопротивления нагрузки и с увеличением скорости вращения ротора тахогенератора. Нагрузка в одинаковой мере влияет на характеристики как магнитоэлектрического, так и электродинамического тахогенератора.

Второй причиной, влияющей на линейность характеристики тахогенератора и вызывающей дополнительную погрешность выходного напряжения, является наличие переходного напряжения на щетках и коллекторе. На переходном сопротивлении между щетками и коллектором это напряжение падает, искажая тем самым характеристику тахогенератора.

Особенно заметно это искажение при малых скоростях, когда э. д. с., вырабатываемая тахогенератором, соизмерима с переходным напряжением на щетках. Учитывая напряжение уравнение (XIII.4) можно записать следующим образом:

где — сопротивление обмотки якоря.

Подставляя в формулу (XIII.14) выражения (XIII.2) и получим

откуда

Уравнение (XIII. 16) показывает, что падение напряжения на переходном сопротивлении между щетками и коллектором создает отрицательное смещение выходной характеристики тахогенератора на постоянную величину

Вследствие этого характеристика тахогенератора вблизи начала координат представляет собой ломаную линию (характеристика 2 на рис. XIII.4) в отличие от идеальной характеристики 1 тахогенератора. Возникает так называемая «зона нечувствительности» (участок ), в которой напряжение на выходе тахогенератора практически отсутствует. В некоторых случаях наличие зоны нечувствительности может привести к нарушению устойчивости работы системы автоматического регулирования.

Рис. XIII.4. К влиянию сопротивления переходного контакта между коллектором и щетками

Уравнение (XIII.17) показывает, что значение а следовательно, и зона нечувствительности увеличиваются с увеличением сопротивления нагрузки, т. е. с уменьшением погрешности, вызываемой реакцией якоря. Для того чтобы учесть при этом влияние реакции якоря, в уравнение (XIII. 14) вместо выражения (XIII.2) следует подставить выражение (XIII.8). Тогда

Подставляя в последнее выражение уравнение (XIII. 11), получим

откуда

Относительная погрешность составляет

Для уменьшения зоны нечувствительности тахогенератора рекомендуется применять щетки с малым переходным сопротивлением. Так, например, при использовании металлических щеток с серебряными напайками в местах прикосновения к коллектору со смещением выходной характеристики тахогенератора можно практически не считаться. Между пластинами коллектора и вращающимися щетками создается неустойчивый контакт. При увеличении скорости вращения ротора щетки вибрируют и контакт с коллектором нарушается. Вследствие этого резко меняется напряжение якоря, появляется пульсация напряжения и нарушается линейная

зависимость напряжения от скорости (происходит «загиб» характеристики). Для уменьшения пульсации применяются специальные тахогенераторы с большим числом коллекторных пластин, а для устранения вибрации — коллекторы торцового типа. От качества коллектора в значительной степени зависит точность работы тахогенератора постоянного тока. Поэтому особое внимание уделяют статической и динамической балансировке коллектора и чистоте его поверхности. В некоторых случаях пластины коллектора изготовляют из нержавеющей стали, а щетки — из фосфористой бронзы, с помощью которых обеспечивается надежный контакт.

Для уменьшения пульсации иногда применяют также специальные сглаживающие фильтры на выходе. Однако в результате применения фильтров возникают систематические ошибки отставания выходного напряжения по фазе. Изменение магнитного сопротивления при вращении якоря также приводит к пульсации выходного напряжения, которую уменьшают, скашивая пазы якоря и предусматривая нечетное число пазов на пару полюсов.

Рис. XIII.5. Характеристика намагничивания

У электродинамических тахогенераторов выходная характеристика в значительной степени зависит от температурных условий. При нагревании обмотки возбуждения ее сопротивление увеличивается, ток возбуждения вследствие этого уменьшается и рабочая точка на кривой намагничивания, характеризующая поток возбуждения, перемещается в сторону линейного участка. Изменение сопротивления в результате нагрева может достигать значительной величины, например, при повышении температуры на 20° С сопротивление обмотки увеличивается на 10%. Поэтому погрешность тахогенератора, обусловленная изменением сопротивления, может быть значительно выше, чем погрешность, вызываемая колебаниями напряжения, питающего обмотку возбуждения.

Для того чтобы повысить устойчивость работы тахогенератора, иногда выгодно повысить степень насыщения его магнитного поля. В этом случае даже значительное изменение тока возбуждения мало сказывается на изменении потока возбуждения (рис. XIII.5). Если магнитная цепь тахогенератора не насыщена, т. е. рабочая точка располагается на участке крутого подъема кривой намагничивания, то температурным изменениям, вызвавшим небольшое изменение тока соответствует большое изменение потока, Напротив, если магнитная цепь насыщена, т. е. рабочая точка располагается в области верхнего загиба кривой намагничивания, такое же изменение температуры вызывает незначительное изменение потока возбуждения

Тахогенераторы с насыщенной магнитной цепью следует применять в счетно-решающих устройствах, все источники питания которых стабилизированы. Для некоторых схем применения тахогенератора особенно важно соблюдение определенных пропорций между выходной э. д. с. и величиной тока возбуждения. В этом случае магнитопровод тахогенератора выполняется ненасыщенным, а для устранения температурного влияния применяют теплочувствительные шунты (рис. XIII.6), изготовленные из сплава, изменяющего магнитную проводимость при нагреве. Когда обмотка возбуждения нагревается, ее сопротивление увеличивается, а ток возбуждения и, следовательно, поток возбуждения Ф уменьшаются. При нагревании магнитная проводимость шунтов также уменьшается, что, в свою очередь, уменьшает поток рассеяния ответвляющийся через шунты. Часть потока через якорь присоединяется к главному потоку машины. В результате этого выходная э. д. с. также увеличивается.

Рис. XIII.6. К принципу работы теплочувствительных магнитных шунтов

Уменьшить влияние изменения температуры на сопротивление цепи возбуждения можно и другим способом. Последовательно с медной обмоткой возбуждения дополнительно включают константановое или манганиновое сопротивление, значительно превышающее сопротивление обмотки возбуждения. В этом случае весь ток в цепи возбуждения определяется в основном дополнительным сопротивлением, температурный коэффициент которого незначителен.

Точность тахогенератора во многом зависит от свойств применяемых при его изготовлении материалов и технологии производства. В случае применения материалов низкого качества или недостаточно совершенной технологии все рассмотренные выше мероприятия по снижению погрешностей окажутся бесполезными.

Если тахогенератор служит для демпфирования или форсирования процесса в системах автоматического регулирования, то требования к точности могут быть значительно снижены: отклонение выходной характеристики от линейности может быть допущено до 2—4%. Если же тахогенераторы применяются в качестве дифференцирующих элементов в прецизионных системах или счетно-решающих устройствах, то точность должна быть во много раз больше. Часто отклонения от линейности допускаются в пределах десятых и даже сотых долей процента от наибольшей величины.

Линейность характеристик тахогенератора проверяется при номинальных данных путем изменения числа оборотов ротора от нуля до максимальной скорости вращения. В этом случае напряжение, снимаемое с якоря, должно изменяться пропорционально скорости вращения с точностью до ±1% от номинального напряжения,

получаемого при номинальной скорости, ючность тахогенератора проверяется при вращении якоря в обе стороны.

Технические характеристики некоторых тахогенераторов постоянного тока приведены в табл. XIII. 1.

Таблица XIII .1 (см. скан) Технические характеристики тахогенераторов постоянного тока