Тахогенератором принято называть маломощную электрическую машину, предназначенную для преобразования скорости (частоты) механического вращения вала в электрический сигнал выходного напряжения.
Путём механического соединения (муфта, шкив, и т.п.) вала тахогенератора с валом какого-либо другого ведущего устройства, можно определять частоту вращения последнего по значениям выходного напряжения. В идеале, значение выходного напряжения должно пропорционально соответствовать частоте вращения вала, т. е.:
Uвых= k·n
где k – постоянная (mV/мин-¹), называемая крутизной выходной характеристики; n – частота вращения (мин-¹);
Тахогенераторы в основном применяют для измерения частоты вращения, выработки управляющих сигналов (ускоряющих или замедляющих), решения задач интегрирования и дифференцирования, для обратной связи по скорости и т.д.. Возможность реализации вышеуказанных функций вызвало большой спрос на разработку и использование различных типов тахогенераторов в автоматических системах управлении и регулирования, электроприводах, в схемах счётно-решающих устройств.
В зависимости от способа получения выходного сигнала и конструктивных особенностей, тахогенераторы изготавливают следующих типов:
- — постоянного тока;
- — переменного тока (асинхронные и синхронные);
Принцип действия тахогенератора постоянного тока основан на вращении якоря (ротора) обычного типа с обмотками (например, барабанного типа) в постоянном магнитном поле, создаваемом магнитами или обмотками возбуждения статора. Выходной сигнал снимается с помощью щёточно-коллекторного узла и представляет собой аналоговую величину, полярность которой зависит от направления вращения.
Действие асинхронного тахогенератора переменного тока основано на вращении полого немагнитного ротора в переменном магнитном поле постоянной частоты, создаваемом обмоткой возбуждения статора. Выходной сигнал снимается с генераторной обмотки расположенной на статоре и сдвинутой на 90° относительно обмотки возбуждения, и представляет собой переменное напряжение, частота которого соответствует частоте возбуждения, а амплитудное значение зависит от скорости вращения ротора. Не имеет щёточно-коллекторного узла.
Принцип действия синхронного тахогенератора переменного тока основан на вращении
ротора с постоянными магнитами, наводящими переменную ЭДС (напряжение) в обмотках статора. Выходной сигнал снимается с обмотки статора и представляет собой переменное напряжение, частота и амплитуда которого, зависят от скорости вращения ротора. Это даёт возможность применять как частотный метод определения скорости, так и амплитудный. Также как и асинхронный тахогенератор переменного тока не имеет щёточно-коллекторного узла.
Основные требования, предъявляемые к тахогенератору:
— зависимость выходного напряжения (Uвых) от частоты оборотов (n) вала должна как можно точнее соответствовать линейной характеристике;
— выходная характеристика не должна изменяться под воздействием внешних факторов: температуры, влажности, давления и т.п.;
— при n=0 (вал не вращается), напряжение на выходе тахогенератора должно принимать минимальное значение. Это напряжение принято называть остаточным;
— выходное напряжение (Uвых) должно принимать одинаковые абсолютные значения при вращении вала тахогенератора в разных направлениях (по или против часовой стрелке) на одинаковых частотах, т.е. быть симметричными;
— пульсации выходного напряжения должны быть минимальными и не создавать помех, вызываемых электромагнитными процессами во время его работы;
— выходная мощность должна соответствовать подключаемой к нему нагрузке (прибора, устройства, схемы и т.п.), или быть достаточной для нормальной работы;
Примеры простых и достаточно надёжных случаев применения тахогенератора:
— пара, тахогенератор и подключенный к нему вольтметр, представляют собой тахометр для измерения скорости (частоты) вращения ;
— крыльчатка, связанная с валом тахогенератора выполняют функцию расходомера вещества “протекающего” по трубопроводу;
— для шлифовальных станков в качестве датчика контроля превышения допустимой линейной скорости вращения шлифовального круга, когда при превышении максимально допустимого порога скорости происходит автоматическое аварийное отключение привода и отвод шлиф. круга от детали, тем самым устраняется возможность разрыва шлиф. круга представляющая смертельную опасность;
В настоящее время разработано и внедряется множество электронных устройств, функциональных аналогов тахогенератора. Например, это: устройства собранные на схемах с оптронами (реагирующими на прерывание лучей света крыльчаткой расположенной на валу); фотоимпульсные датчики (энкодеры); бесконтактные индукционные датчики; датчики на основе эффекта Холла и т.д. В случаях, где это целесообразно, тахогенераторы заменяют на эти “новые” датчики.
