Основные требования, предъявляемые к тахогенераторам
Во многих регулируемых электроприводах тахогенераторы (ТГ) используются для питания вольтметров постоянного тока; вольтметры градуируются в единицах угловой скорости, об/мин, а иногда в единицах линейной скорости, м/сек. От ТГ, питающих вольтметры, требуется постоянство коэффициента передачи kT = UT/n при возможном изменении температуры и внешних магнитных полей.
Наладчик практически не может влиять на стабильность коэффициента передачи, но он должен проверить надежность ТГ (см. § 1-1) и снять основные характеристики; характеристику намагничивания UT = f(IB) (при n = const) и скоростную UT=f(n) при IB = const.
В системах авторегулирования с обратной связью по скорости от тахогенератора требуется не только указанная выше стабильность, но и низкий уровень пульсаций выходного напряжения. На работу быстродействующих электроприводов особенно сильно влияют оборотные — низкочастотные пульсации, так как их не представляется возможным отфильтровать без ухудшения динамических свойств системы [Л. 22, 24].
Допустимый уровень оборотных пульсаций ΔUоб оценивается в зависимости от характера электропривода. Для большинства регулируемых механизмов прокатных станов, металлообрабатывающих станков, подъемников считается приемлемым 1-2%. Следящие системы бумажного привода, прокатных клетей и иных агрегатов в отношении оборотных пульсаций предъявляют весьма высокие требования 0,1-0,2%.
Оборотные пульсации зависят не только от свойств ТГ, но и от способа сочленения ТГ с приводом [Л. 22]. Поэтому в ответственных электроприводах наладчик должен получить данные о пульсациях собственно ТГ, а затем о пульсациях, имеющих место после центровки ТГ на рабочем месте.
Согласно теории и экспериментальным данным [Л. 32] при сочленении через обычную пальчиковую муфту параллельное смещение вала ТГ относительно вала двигателя приводит к появлению периодических колебаний скорости Δηт и напряжения тахогенератора с длительностью периода, равной времени одного оборота вала. Амплитуды пульсации ∆п'об и ∆U'об (в относительных единицах) могут быть определены из простого соотношения
(4-1)
где а — величина параллельного смещения между осями валов; R— расстояние по радиусу от оси ТГ до оси пальца полумуфты.
По опытным данным эксплуатации оборотные пульсации, вносимые соединительной муфтой, составляют
1,5-5%.
При угловом смещении валов ТГ и двигателя пульсации имеют вдвое большую частоту; их амплитуда не зависит от размера полумуфт (от радиуса R) и определяется только углом перекоса а
(4-2)
В некоторых конструкциях полумуфт ∆U"об=2(1 — —cos2a). С точки зрения оборотных пульсаций можно допустить угловое смещение порядка 2—4°.
Методика центровки и рекомендуемые нормы приведены в параграфе 1-5.
Следует отметить, что вопрос о резком снижении оборотных пульсаций решается путем применения подвесных— плавающих конструкций ТГ. В таких конструкциях [Л. 22] вал ТГ жестко закрепляется на торце вала двигателя, а статор (корпус) опирается на подшипники и только удерживается от проворачивания.
Наряду с оборотными пульсациями ТГ постоянного тока обладают полюсными пульсациями ∆Uпол, связанными с магнитной несимметрией и зубцовыми пульсациями ∆Uзуб, зависящими от формы зубцов ротора (рис. 4-9). Форма выходного напряжения ТГ определяется наложением оборотных, полюсных, зубцовых и коллекторных пульсаций.
Коллекторные пульсации очень маломощны, сглаживаются легким фильтром и на работе регуляторов скорости, даже при электронном входе, не сказываются. Зубцовые пульсации достигают 0,5% и более, но так же как и коллекторные, имеют довольно большую частоту, благодаря чему легко сглаживаются.
У ТГ, распространенных в промышленности, полюсные пульсации составляют не менее ±0,7%'. Эта величина в 2—3 раза выше требований, предъявляемых, например, прокатными приводами, но, поскольку схема привода загрубляется в отношении оборотных пульсаций, она становится мало чувствительна и к полюсным пульсациям.
Рис. 4-9. Примерные пульсации напряжения тахогенератора постоянного тока.
∆Uο6 — скоростные (оборотные); ΔUΠ — полюсные; ΔU3— зубцовые.
Тахогенераторы переменного тока, используемые в схемах обратной связи, должны быть проверены на величину пульсаций выпрямленного напряжения. При синусоидальной форме линейного напряжения и шестифазном выпрямлении зубцовые пульсации составляют 14% (от амплитуды синусоиды); при 12-фазном выпрямлении — порядка 4 %.
Пульсации выпрямленного напряжения повышенной частоты легко сглаживаются, но при ограниченно линейных характеристиках регулятора скорости приводят к уменьшению коэффициента усиления системы. Поэтому при наладке чувствительных электроприводов с помощью электронного осциллографа необходимо оценить характер зубцовых пульсаций напряжения.
Снятие характеристик.
При снятии характеристик (намагничивания, скоростной, внешней) ТГ может приводиться во вращение любым маломощным двигателем с достаточным диапазоном регулирования скорости и сочленяться при помощи муфты, зубчатой или ременной передачи.
В ряде случаев для испытаний удобно устанавливать Т1 на обычном токарном станке (рис. 4-10). Различные скорости якоря (ротора) ТГ получаются путем переключения коробки скоростей.
Для производства измерений применяются тщательно проверенные тахометр, вольтметр и амперметр класса не ниже 0,5.
При помощи тахометра скорость может быть измерена с точностью до 2%; относительные величины скорости, требующиеся, например, для оценки линейности скоростных характеристик, могут быть определены с точностью до 0,2% стробоскопическим методом при пользовании неоновой лампой, питаемой от сети промышленного напряжения. Абсолютную величину скорости с точностью до 0,2% также можно определить стробоскопическим методом, но неоновая лампа в этом случае должна питаться от источника напряжения стабилизированной частоты.
Рис. 4-10. Установка тахогенератора на суппорте токарного станка.
Более точные методы измерений описаны в гл. 5. Снятие характеристик ТГ рекомендуется производить в следующем порядке.
Рис. 4-11. Характеристики тахогенератора постоянного тока.
а —схема; б — характеристика намагничивания; в —градуировочные характеристики.
- С помощью схемы, приведенной на рис. 4-11,а при неизменной скорости п0 снимается характеристика намагничивания Е=f(Iв). Во время испытаний скорость должна быть близка к рабочей скорости привода. По характеристике намагничивания (рис. 4-11,б) уточняется величина тока возбуждения, принимаемого в качестве номинального Iв.н и при последующих испытаниях поддерживаемого неизменным. Следует иметь в виду, что вследствие действия остаточного магнетизма при одинаковой скорости и одинаковом токе возбуждения могут иметь место разные, отличающиеся на 1—3% (см. ΔU на рис. 4-11,б) величины напряжения.
Рис. 4-12. Внешние характеристики тахогенератора постоянного тока. а — схема; б — внешние характеристики.
- Снимаются скоростные характеристики E = f(n) при Iв =Iв.п = const. Первоначально ток возбуждения поднимается до величины 1,2 Iв.н, а затем снижается до Iв.н; после этого ступенями увеличивается скорость ТГ, записываются характеристики U'=f(n) и на чертеж (рис. 4-11,в) наносится характеристика 1. Скорость ТГ снижается до нуля, ток возбуждения снижается до нуля, а затем вновь поднимается до Iв.н снимается характеристика 2. Скоростная характеристика, по которой градуируются таховольтметры, проводится как средняя линия между экспериментально снятыми характеристиками 1 и 2.
Рис. 4-13. Характеристика намагничивания индукторного тахогенератора.
При подключении к тахогенератору вольтметров или многоомных резисторов с общим сопротивлением не менее 20 ком напряжение якоря U можно считать равным э. д. с. Е. В схемах электроприводов с обратной связью по скорости к ТГ подключаются обычно потенциометры, имеющие сопротивление 200—2 000 ом. При этом напряжение U на якоре ТГ значительно ниже э. д. с. Е (падение составляет 1 —15%), но скоростные характеристики сохраняют высокую линейность, если сопротивление нагрузки R якоря будет неизменным.
Во время наладки скоростные характеристики должны сниматься при таком же неизменном сопротивлении потенциометра, так в нормальном рабочем режиме R=Rn=const и при токе возбуждения Iв=Iв.н=const. По данной характеристике градуируются таховольтметры и рассчитываются параметры регулятора скорости.
- В приводах с переменной нагрузкой на выходе ТГ снимаются внешние характеристики Uт = f(I) при п = const. Ток якоря (статора) изменяется путем постепенного выведения реостата, подключаемого к ТГ и имитирующего нагрузку (рис. 4 12,а).
- При наладке следящих приводов высокой чувствительности бывает необходимо иметь данные о зависимости напряжения ТГ от температуры корпуса и обмоток. Указанную зависимость U=f(τ°С) при п=const, R = const проще всего определить, подогревая корпус ТГ посторонним источником тепловой энергии, например с помощью электроплитки или рефлектора. На первый взгляд такое испытание кажется примитивным и неправильным. Однако практически оно дает необходимое представление о стабильности характеристики. Например, при изменении температуры корпуса ТГ типа GGG3a на ∆τ°=20°С его напряжение изменяется на ∆Uτ=1-1,5%, при Δτ=40°С ΔUτ = 1,5-3%.
У ТГ типа ТМГ-30 температурная чувствительность в 1,5—2 раза выше; испытания показывают, что индукторные ТГ типа ТТ при
Δτ°=60°Ο изменяют выходное напряжение не более чем на 0,3%.
Рис. 4-15. Снятие скоростных характеристик с использованием контрольного тахогенератора.
Последнее время в промышленности все большее применение находят индукторные ТГ [Л. 22], характеристика намагничивания которых имеет горизонтальный участок (рис. 4-13). Номинальный ток возбуждения таких ТГ должен соответствовать максимуму (точка т) кривой намагничивания.
Рис. 4-14. Схема для снятия скоростных характеристик при переключении вольтметра и выравнивании сопротивления нагрузки.
Ниже описаны способы оценки линейности скоростных характеристик ТГ, ранее не освещавшиеся в литературе. Для снятия скоростной характеристики с высокой точностью и получения данных о ее нелинейности удобно производить пропорциональное переключение пределов измерений вольтметра. Если измерять напряжения ТГ при нескольких скоростях n1,n2=n1N2, n3=n1N2; ni=n1N1 и одновременно в таком же отношении (N2, N3,.., Ni) изменять полное сопротивление цепи вольтметра (миллиамперметра), то стрелка вольтметра будет оставаться примерно на одном и том же делении. В этом случае вольтметр будет давать показания с одинаковой погрешностью по шкале Δα и погрешность визуальных наблюдений δα также станет примерно одинаковой.
Узлы контроля скорости с ТГ переменного тока имеют мягкие внешние характеристики и чувствительны даже к изменению сопротивления вольтметра. Поэтому, изменяя добавочные сопротивления Rд в цепи вольтметра (рис. 4-14). желательно одновременно в определенном отношении изменять параллельные сопротивления Rш.
Определение пульсаций выходного напряжения.
При определении оборотных и иных пульсаций собственно ТГ его ось должна строго совпадать с осью двигателя. Рекомендуется устанавливать на двигателе и ТГ муфты по возможности большого диаметра. Для получения равномерного (без колебаний скорости) хода следует выбирать двигатель, по габаритам значительно превышающий габариты ТГ, или иметь сбалансированный маховик. Гармонические составляющие пульсаций ТГ могут быть выявлены с помощью специальных индикаторов, но для получения полной картины удобнее пользоваться осциллографированием.
Рис. 4-17. Измерение низкочастотных оборотных пульсаций напряжения тахогенератора.
а— схема; б и в — осциллограммы, снятые при разных постоянных фильтров.
Пульсации напряжения ТГ постоянного тока и многофазного выпрямленного напряжения ТГ переменного тока составляют очень малую величину по отношению к среднему значению напряжения. Поэтому с помощью шлейфового осциллографа они могут быть оценены только дифференциальным методом (рис. 4-16,а). Работа с дифференциальной схемой требует особой осторожности, ибо исчезновение или даже резкое изменение одного из сравниваемых напряжений приводит к перегоранию осциллографического гальванометра.
По этой причине подключать вибратор следует только после проверки отсутствия рассогласования напряжений. При строгой периодичности пульсаций, имеющей место в лабораторных условиях и в установившихся режимах электропривода, форму выходного напряжения удобно наблюдать по электронному осциллографу.
Рис. 4-18. Коэффициенты сглаживания гармонических пульсаций при использовании однозвенных фильтров RC.
Для отделения низкочастотных оборотных пульсаций от зубцовых и иных пульсаций повышенной частоты применяются Г-образные фильтры RC. Действие фильтра особенно наглядно проявляется при испытаниях ТГ переменного тока.
На рис. 4-17,а показана схема испытаний ТГ переменного тока; ТГ включен через трансформатор Тр и выпрямитель В на потенциометр ПТ. Сопротивление потенциометра подбирается равным эксплуатационной нагрузке (500—2 000 ом). Напряжение с ПТ снимается через фильтр с набором сопротивлений. В зависимости от положения переключателя постоянная фильтра изменяется от 0,005 до 0,05 сек.
