3. АСИНХРОННЫЕ ТАХОГЕНЕРАТОРЫ

Асинхронные тахогенераторы (АТГ) находят применение в электромеханических вычислительных устройствах переменного тока, в которых величины отображаются либо в виде пропорциональных им углов поворота некоторых валиков, либо в виде пропорциональных амплитудных значений переменного напряжения некоторой заданной (несущей) частоты. Асинхронный тахогенератор вырабатывает переменное напряжение с амплитудой, пропорциональной как питающему напряжению, так и производной от угла поворота ротора, т. е. скорости вращения ротора. Таким образом АТГ выполняет в схемах переменного тока роль дифференцирующего устройства.

Входная величина подается на ротор тахогенератора в виде пропорционального ей угла поворота ротора. Результат дифференцирования вырабатывается в виде переменного напряжения,

пропорционального по амплитуде производной от входной величины. Принципиально асинхронный тахогенератор может быть выполнен в виде асинхронной машины с двумя обмотками на статоре, сдвинутыми одна относительно другой на 90 электрических градусов, и с двумя симметрично нагруженными роторными обмотками. Одна из статорных обмоток (обмотка возбуждения) подключается к сети переменного тока, а другая (квадратурная) выполняет функции источника выходного напряжения, пропорционального скорости вращения ротора (рис. XIII. 10).

Рассмотрим принцип работы асинхронного тахогенератора.

Рис. XIII. 10. Принципиальная схема асинхронного тахогенератора

Рис. XIII. 11. Эквивалентные электрические схемы: а — продольной оси АТГ; б — поперечной оси АТГ

Для упрощения анализа заменим ротор с симметрично нагруженными обмотками эквивалентным ротором с двумя взаимно перпендикулярными обмотками, оси которых в любой момент времени, независимо от мгновенного положения ротора, совпадают с осями статорных обмоток. Эквивалентная электрическая схема продольной оси АТГ изображена на рис. XIII.11, а. Обмотка возбуждения и продольная обмотка ротора пронизываются общим магнитным потоком Кроме того, обмотка возбуждения пронизывается потоком рассеяния а продольная обмотка ротора — потоком рассеяния Обмотку возбуждения подключают к питающей сети переменного тока. В цепи продольной обмотки ротора при его вращении наводится переменная э. д. с., пропорциональная произведению поперечного потока тахогенератора на скорость вращения ротора.

Эквивалентная электрическая схема поперечной оси АТГ изображена на рис. XIII.11, б. В поперечной обмотке ротора, которую можно рассматривать как первичную обмотку трансформатора, потоком, пронизывающим ротор вдоль продольной оси и равным сумме при вращении ротора наводится э. д. с.,

пропорциональная произведению Если ротор неподвижен, то э. д. с. вращения равна нулю, вследствие чего связь между продольной и поперечной осями тахогенератора нарушается, а напряжение, наводимое в квадратурной обмотке, также равняется нулю. Однако практически в результате неизбежной электрической и магнитной асимметрии непосредственная трансформаторная связь между продольными и поперечными обмотками тахогенератора в какой-то степени сохраняется. Напряжение, наводимое в квадратурной обмотке при неподвижном роторе, является одним из основных источников погрешностей асинхронного тахогенератора, как элемента прецизионной САР или счетно-решающего элемента.

Для того чтобы э. д. с., наводимая в квадратурной обмотке статора при вращении ротора, была строго пропорциональна скорости вращения ротора, необходимо, чтобы суммарный поток не зависел от скорости вращения ротора. Между тем по ряду причин это условие не выполняется. Во-первых, поток рассеяния роторной обмотки проходящий по продольной обмотке ротора, имеет составляющую, пропорциональную произведению а это произведение, в свою очередь, приблизительно пропорционально Наличие сопротивления в цепи обмотки возбуждения обусловливает зависимость величины продольного потока не только от питающего напряжения, но и от тока, протекающего по продольной обмотке статора, создающего падение напряжения на сопротивлении , следовательно, и от э. д. с. вращения, наводимой в продольной обмотке ротора.

Рассмотрим идеальный асинхронный тахогенератор, в котором омическое сопротивление и реактивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения равны нулю, а сопротивление ротора чисто активное. Электродвижущая сила, наводимая в квадратурной обмотке, строго пропорциональна скорости вращения ротора. Для повышения точности АТГ, как счетно-решающего прибора желательно всемерно уменьшать омическое сопротивление и реактивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения, а также реактивное сопротивление рассеяния ротора. Это определяет ряд конструктивных особенностей АТГ. В частности, с целью уменьшения реактивного сопротивления рассеяния ротор выполняют в виде тонкостенного стакана, вращающегося в воздушном зазоре между внешним статором и внутренним сердечником. Асинхронный тахогенератор может вырабатывать э. д. с., пропорциональную скорости вращения ротора в ограниченных пределах изменения этой скорости (приблизительно до синхронной скорости вращения).

Установим, какими факторами определяется стабильность характеристик тахогенератора. Если в эквивалентной схеме поперечной цепи (рис. XII 1.11, б) пренебречь омическим сопротивлением и реактивным сопротивлением рассеяния обмотки возбуждения, а также реактивным сопротивлением ротора, существенно не влияющими на окончательный результат, то нетрудно получить следующее

выражение э. д. с., наводимой в квадратурной обмотке статора:

где — индуктивность обмотки возбуждения АТГ;

— приведенное к обмотке возбуждения активное сопротивление ротора.

Поток обратно пропорционален частоте и отстает по фазе от напряжения сети на

Следовательно, э. д. с., наводимая в квадратурной обмотке, пропорциональна выражению

показывающему, что выходное напряжение расходится по фазе с напряжением сети.

Введем понятие комплексной крутизны характеристики К тахогенератора:

Коэффициент К определяет по модулю и фазе выходное напряжение АТГ, приходящееся на единицу скорости вращения ротора. При изменении окружающей температуры и при нагреве прибора в процессе работы коэффициент К меняется главным образом вследствие зависимости от температуры. Для повышения температурной стабильности коэффициента К необходимо правильно выбрать материал для изготовления ротора.

При изменении частоты питающего напряжения коэффициент меняется так же, как и передаточцая функция апериодического звена с постоянной времени (рис. XIII. 12).

Тахометрический привод с асинхронным тахогенератором выполняет в электромеханических вычислительных устройствах переменного тока функции интегрирования. Входной (интегрируемой) величиной является переменное напряжение, вырабатываемое вращающимся трансформатором или системой вращающихся трансформаторов. Выходной величиной, пропорциональной интегралу, является угол поворота тахогенератора АТГ, автоматически компенсирующего входное напряжение (рис. XIII. 13).

Входное напряжение, вырабатываемое этим тахогенератором, и напряжение обратной связи, вырабатываемое асинхронным тахогенератором АТГ, должны быть согласованы по фазе. Это

достигается при помощи интегрирующего контура RC на выходе вращающегося трансформатора постоянная времени которого равна постоянной времени тахогенератора

Рис. XIII.12. Апериодическое звено с постоянной времени

Рис. XIII. 13. Схема тахометрического привода с асинхронным тахогенератором

В этом случае сдвиг фаз на выходе трансформатора совместно с контуром, а также зависимость модуля и фазы коэффициента К от частоты питающего напряжения будут такие же, как и у тахогенератора АТГ. Поэтому частотная погрешность тахогенератора АТГ будет скомпенсирована.