Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик частоты вращения ротора

Датчик частоты вращения ротора.

Для формирования управляющего воздействия на инвертор тягового тока, его блок управления (БУТП) получает информацию о частоте вращения роторов тяговых электродвигателей. Для этого на валу каждого двигателя

Рис. 14. Датчик частоты вращения.

установлено зубчатое колесо 21, закрепленное болтами в торец вала. В металлическом корпусе 20, прикрепленном к заднему подшипниковому щиту, с зазором 0,6 мм устанавливается датчик частоты вращенияДЧВ 25, подключенный к блоку управления тяговым приводом. При вращении зубчатого колеса в датчике вырабатываются импульсы с частотой, пропорциональной скорости вращения ротора.

Тяговый привод.

Тяговым приводом вагона являются 4 тяговых электродвигателя, а также комплект электрооборудования для питания двигателей КАТП-1 или КАПТ-2 (комплект асинхронного тягового привода).

Контейнер тягового инвертора КТИ.

Контейнер тягового инвертора предназначен для размещения оборудования и аппаратуры управления тяговым приводом и питания четырех асинхронных тяговых двигателей. Тяговый инвертор, оборудование которого размещается в контейнере, является преобразователем напряжения контактной сети в трехфазное напряжение, регулируемое по амплитуде и частоте. Контейнер содержит:

-линейный контактор ЛК;

-зарядный контактор ЗК;

-зарядный резистор RЗ;

-датчики входного и обратного тока ДТВХ и ДТВЫХ;

-источник вторичного электропитания ИПК;

-панель промежуточных реле ПР;

-блок управления тяговым приводом БУТП;

-датчики тока и напряжения ДТW, ДТV, ДН1,ДН2 и ДНС;

-модуль силового инвертора МСИ (транзисторы VT1-VT8);

-вентилятор охлаждения МСИ;

-блок питания вентиляторов БПВ;

-промежуточный дроссель LП;

-выключатель быстродействующий БВ;

-разрядный резистор RР;

-варисторы ROГР1 и ROГР2;

-конденсатор сетевого фильтра СФ;

-конденсатор инвертора СИ.

Вне контейнера смонтированы дроссель сетевого фильтра LФ и тормозной резистор.

Принципиальная схема тягового инвертора приведена на рис. 15.

Рис. 15. Принципиальная схема тягового инвертора.

Контейнер представляет собой металлическую сварную конструкцию, разделенную на отсеки со смонтированным оборудованием. Управление оборудованием тягового инвертора производится посредством блока управления тяговым приводом.

Расположение отсеков и оборудования контейнера представлено на рис. 16.

Рис. 16. Контейнер тягового инвертора.

Отсек контакторов.

Содержит линейный контактор ЛК, зарядный контактор конденсатора сетевого фильтра ЗК, предохранитель блока питания вентиляторов ПП-29 номиналом 31,5 А.

Линейный контакторпредназначен для подачи питания контактной сети на силовой инвертор и отключения его при возникновении неисправности, а также при электрическом реостатном торможении. Включением линейного контактора управляет блок управления тяговым приводом через промежуточное реле на панели реле.

По конструкции линейный контактор является однополюсным электромагнитным, оборудован дугогасительным устройством. Линейный контактор имеет вспомогательные низковольтные контакты, использующиеся для передачи в БУТП информации о состоянии главных (силовых) контактов.

Отключению линейного контактора предшествует снятие управляющих сигналов с транзисторов модуля силового инвертора (см. ниже), при этом контактор не разрывает цепь под нагрузкой. Однако при возникновении аварийного режима контактор способен разорвать ток перегрузки в силовой цепи.

Зарядный контакторпредназначен для подключения к контактной сети конденсатора сетевого фильтра через резистор с целью ограничения тока заряда. В качестве зарядного используется электромагнитный контактор МК1-20М, имеющим дугогасительное устройство. Он также имеет вспомогательные низковольтные контакты, использующиеся для передачи в БУТП информации о состоянии главных контактов. Включением зарядного контактора управляет блок управления тяговым приводом через промежуточное реле на панели реле.

Размещенный в отсеке предохранитель блока питания вентиляторов предназначен для защиты цепей питания вентиляторов от коротких замыканий и перегрузок.

Датчик вращения (2012-05-19)

Датчик ( сенсор, преобразователь ) позволяет получать, обрабатывать и предавать информацию о состоянии объекта. Это автономная система, содержащая преобразователь вида энергии и находящаяся в контролируемой зоне. Элемент преобразующий контролируемую величину ( температуру, давление, обороты, скорость, движение и т.д. ) в сигнал, удобный для измерения и обработки. В зависимости от области применения, сенсоры могут быть контактными и бесконтактными. Широко применяются в автоматизированных системах управления.

Рассмотрим некоторые варианты применения сенсоров:

Датчик вращения.

Датчик вращения , схема которого приведена на Рис 1, может быть применён т ам, где необходим контроль вращения: эл. двигателя, маховика, вентилятора, вала, всего, что крутится. Основной принцип работы данной схемы состоит в том, чтобы периодически прерывать (затенять) поток инфракрасного излучения исходящего от излучателя Д1 к приёмнику Д2. Для этого к вращающемуся элементу системы достаточно приделать небольшую пластину, которая периодически проходила бы между излучателем и приёмником, или для большей надёжности установить диск с несколькими отверстиями как показано на рисунке.

Схема работает следующим образом. При пуске электродвигателя датчик вращения, фиксирующий вращение подаёт импульсные сигналы на вход микросхемы. При непрерывном поступлении импульсов от датчика вращения в цепь, конденсаторы С3 и С4 будут постоянно разряжены, создавая на входах микросхемы Д 1/4 и Д 1/1 нулевые сигналы. На выходах 11 и 3 микросхемы установятся логические единицы, которые открыв транзистор Т3 закроют транзистор Т4. Реле К будет обесточено. При аварии подача импульсов прекращается, нули на выходе микросхемы закрывают транзистор Т3 и открывают транзистор Т4, который включает реле, а оно либо блокирует схему, либо включает аварию.

Читать еще:  Что такое двигатель assy

В качестве чувствительного элемента схемы , использован ИК излучатель в паре с фотодиодом ФД – 25 Рис — 1.

На Рис – 2 изображена принципиальная схема, а печатная плата показана на Рис – 3

На Рис – 2 изображена принципиальная схема, а печатная плата показана на Рис – 3

Данная схема датчика вращения, установленная мною на швейные машинки с программным управлением, несколько лет успешно фиксирует обрыв нитки.

В более массивных системах можно применить бесконтактные сенсоры (выключатели) БВК, БТП, КВП любой серии Рис — 4.

Тахогенератор

Тахогенера́тор (от др.-греч. τάχος — «быстрый», «скорость» и лат. generator «производитель») — электрическая микромашина, измерительный генератор постоянного или переменного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в однозначно связанный со скоростью электрический сигнал.

Обычно величина (ЭДС), а в некоторых типах тахогенераторов и частота сигнала прямо пропорциональны частоте вращения ротора.

Электрический сигнал тахогенератора подаётся либо для непосредственного отображения и считывания показаний на проградуированный в единицах скорости вращения вторичный прибор — индикатор тахометра, либо на вход автоматических устройств управления, регулирующих частоту вращения.

Содержание

  • 1 Принцип действия
    • 1.1 Тахогенераторы постоянного тока
    • 1.2 Асинхронные тахогенераторы переменного тока
    • 1.3 Синхронные тахогенераторы переменного тока
    • 1.4 Частотный способ определения скорости вращения
      • 1.4.1 Амплитудный способ определения скорости вращения
  • 2 Достоинства и недостатки
  • 3 Иные датчики скорости вращения
  • 4 См. также
  • 5 Литература
  • 6 Ссылки

Принцип действия [ править | править код ]

По принципу действия тахогенераторы делятся на несколько типов — с выходным сигналом переменного тока или напряжения (синхронные и асинхронные) и с выходным сигналом постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока [ править | править код ]

Небольшие коллекторные машины, поток возбуждения в которых создаётся постоянным магнитом или независимой обмоткой.

Эти тахогенераторы представляют собой обычные коллекторные генераторы постоянного тока, но с постоянным возбуждением, как правило осуществляемого постоянными магнитами статора. Так как ЭДС, наводимая в обмотках ротора, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока в обмотках в соответствии с законом Фарадея, то и напряжение, снимаемое со щёток коллектора оказывается прямо пропорциональным скорости вращения ротора.

Из-за наличия щёточно-коллекторного узла ресурс и надёжность данного типа тахогенераторов меньше, чем например у тахогенераторов переменного тока, а из-за процесса коммутации пластин коллектора и щёток при вращении порождаются дополнительные электрические импульсные помехи выходного сигнала тахогенератора.

Информационным сигналом тахогенератора постоянного тока является электрическое напряжение, что вызывает дополнительные ошибки преобразования скорости, обусловленные, в основном, зависимостью магнитного потока подмагничивания от температуры, переходного электрического сопротивления между щётками и коллектором, изменения магнитного потока подмагничивания постоянного магнита статора со временем из-за саморазмагничивания и изменения зазора между ротором и статором.

Достоинствами тахогенераторов постоянного тока являются удобная форма представления выходного сигнала и возможность определять не только скорость вращения ротора, но и направление его вращения (при смене направления вращения выходной сигнал меняет полярность).

Отношение выходного напряжения к частоте вращения ротора называют «чувствительностью тахогенератора» или «коэффициентом преобразования» или «крутизной тахогенератора» и обычно указывается в технической спецификации тахогенератора в милливольтах на оборот в минуту. По этому параметру и выходному напряжению можно определить частоту вращения ротора по формуле:

F r o t = U o u t S t , =>>>,> где F r o t > — частота вращения ротора в оборотах в минуту, U o u t > — выходное напряжение тахогенератора, S t > — коэффициент преобразования.

Асинхронные тахогенераторы переменного тока [ править | править код ]

По конструкции подобны асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутый ротор обычно выполнен в виде полого алюминиевого или медного цилиндра. На статоре такого тахогенератора с магнитными потоками, ориентированными относительно друг друга под углом 90°, расположены две обмотки, одна из которых (обмотка возбуждения) питается переменным синусоидальным током постоянной частоты и постоянной амплитуды, а вторая является выходной, и к ней может быть подсоединён измерительный прибор (вольтметр переменного напряжения, отградуированный, например, в об/мин), либо вход автоматической системы управления.

Читать еще:  Bxw двигатель какое масло

Принцип действия основан на увлечении магнитного потока, наведенного в роторе короткозамкнутым ротором при его вращении. При неподвижном роторе, так как магнитные поля обмотки возбуждения и выходной обмотки взаимно перпендикулярны, выходное напряжение равно нулю. При вращении ротора эта перпендикулярность нарушается и в выходной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная скорости вращения.

Так как частота выходного напряжения не зависит от частоты вращения ротора и равна частоте напряжения в обмотке возбуждения, такой тип тахогенератора и называется асинхронным.

Асинхронный тахогенератор также позволяет определять направление вращения ротора, при смене направления фаза выходного сигнала изменяется на 180°.

Синхронные тахогенераторы переменного тока [ править | править код ]

Представляют собой бесколлекторные синхронные машины с ротором, подмагниченным постоянным магнитом. На статоре расположены одна или несколько обмоток.

Такой тахогенератор преобразует скорость вращения ротора в переменное напряжение, амплитуда и частота которого прямо пропорциональны скорости вращения ротора.

Недостаток синхронного тахогенератора — невозможность определения направления вращения, что в некоторых применениях нежелательно.

Часто ротор выполняют в виде многополюсного постоянного магнита, поэтому на 1 оборот ротора генерируется несколько периодов выходного сигнала.

Измерения скорости вращения допустимо двумя способами — частотным и амплитудным.

Синхронные и асинхронные тахогенераторы обладает бо́льшим сроком службы по сравнению с тахогенераторами постоянного напряжения, так как в них отсутствуют коллекторно-щёточный узел.

Частотный способ определения скорости вращения [ править | править код ]

Так как частота выходного сигнала не зависит от температуры, уменьшения магнитного потока вызванного старением и величины зазора между ротором и статором тахогенератора, то этот способ является одним из самых точных.

Скорость вращения вычисляется путём определения частоты выходного сигнала и дальнейшим вычислением частоты вращения ротора по формуле:

F r o t = F o u t p , =>

>,> где F r o t > — частота вращения ротора в Гц, F o u t > — частота сигнала на выходе тахогенератора в Гц, p — число пар полюсов ротора тахогенератора.

Недостатком частотного метода является то, что для более точного определения скорости необходимо больше времени, и за это время скорость может значительно измениться. Из этого следует, что чем больше времени тратится на накопление импульсов для определения частоты, тем больше динамическая погрешность в измерениях, поэтому в следящих системах автоматического регулирования скорости вращения происходит запаздывание реакции на возмущение и это в некоторых применениях нежелательно.

Для снижения динамической погрешности используют тахогенераторы с бо́льшим числом полюсов, это позволяет сократить время определения выходной частоты, а значит и время реакции управляющей системы авторегулирования.

Определить частоту сигнала можно из накопленных и усредненных периодов нескольких импульсов. Расчет производится по формуле:

F o u t = N T 1 + . . . + T N = N ∑ i = 1 N T i , =+. +T_>>=^T_>>,> где F o u t > — частота сигнала на выходе тахогенератора, N — число накопленных импульсов, T — длительность периода.

При таком способе определения скорости вращения надо учитывать, что амплитуда выходного сигнала тоже меняется, а значит вход частотного детектора должен быть спроектирован для приема входного сигнала с изменяющейся в широких пределах амплитудой, что иногда является недостатком из-за усложнения схемы.

Амплитудный способ определения скорости вращения [ править | править код ]

Такой способ определения частоты не очень точен из-за зависимости от температуры, зазора между ротором и статором, от изменений магнитного потока магнита ротора при старении, а также из-за влияния частотной интермодуляции на реактивные элементы цепи. Но, в ряде случаев, данный способ оправдывает себя, компенсируя недостатки простотой схемы управления.

По мере увеличения скорости вращения, ЭДС, генерируемая в обмотке статора СТГ, будет возрастать. Для снятия показаний с тахогенератора и приведения их к удобной форме используется одно- или двухполупериодный выпрямитель и НЧ фильтр, сглаживающий пульсации.

Отношение напряжения к частоте вращения ротора описывает параметр крутизна выходного напряжения, или коэффициент преобразования, представляемый обычно в m V / R P M (милливольт на оборот в минуту). По этому параметру можно определить частоту вращения ротора по формуле:

F r o t = U o u t 60 S t , =><60S_>>,> где F r o t > — частота вращения ротора в Гц, U o u t > — выходное действующее напряжение с тахогенератора, S t > — крутизна выходного напряжения в m V / R P M .

Достоинства и недостатки [ править | править код ]

Достоинства:

  • Пара тахогенератор — тахометр не требует дополнительных источников питания, просто и достаточно надёжно в работе.
  • Тахогенераторы не могут измерять очень медленное вращение — амплитуда генерируемого сигнала становится очень малой.
  • Тахогенераторы создают дополнительный крутящий момент трения на вращающийся вал, что вносит некоторую ошибку в измерения, но обычно она несущественна.
  • Содержат трущиеся детали, и поэтому требуют периодическое техническое обслуживание.
Читать еще:  Двигатель 5000 оборотов для скутера

Иные датчики скорости вращения [ править | править код ]

С развитием электроники тахогенераторы все чаще заменяются на импульсные датчики, например, схемы с оптронами открытого типа, формирующие импульсы при отражении пучка света от контрастных меток на валу или на прерывания луча света обтюратором — крыльчаткой связанной с валом — датчики угла поворота (энкодеры), либо импульсные индукционные датчики, датчики Холла и прочие подобные импульсные электронные датчики.

Датчики частоты вращения

Применяются для преобразования частоты вращения рабочих механизмов в напряжение. Представляют собой тахометрические генераторы — небольшие электрические машины постоянного и переменного токов. Для преобразования частоты вращения электродвигателей в напряжение применяются тахометрические мосты.

Тахогенераторы постоянного тока.

В зависимости от способа возбуждения выполняются двух видов:

— магнитоэлектрические – возбуждение от постоянных магнитов;

— электромагнитные – возбуждение от специальной обмотки на статоре.

w — частота вращения.

Создавая постоянное магнитное поле, под действием которого в обмотке GT наводится ЭДС, которая функцией от частоты вращения. Напряжение на выходе датчика Uвых » E – IRя = Iw. – IRя » kw.,

где Rя – сопротивление якорной цепи; I — сила тока нагрузки;

k – угловой коэффициент; «я» — якорная цепь.

При холостом ходе, когда I = 0 Uвых = E =сw., где с = const, т.е. Uвых = f(w).

Статическая характеристика в данном случае линейна (кривая 1 — теоретическая). При нагрузке характеристика становится нелинейной (кривая 2), что является следствием влияния якоря. В реальных GT возникает падение напряжения на щетках коллектора, что приводит к появлению зоны нечувствительности ЗН (кривая 3). Для уменьшения искажения статических характеристик, GT используют при небольших нагрузках (Iн = 0,01 ¸0,02 А).

В динамическом отношении GT при работе на активную нагрузку (Rн) рассматривают как безинерционное звено, а при работе на активно-индуктивную нагрузку (Rн, Lн) – как апериодическое звено первого порядка, где постоянная времени

Достоинствами данных датчиков являются хорошая линейность характеристик, малая инерционность (высокая точность), малые габариты и масса, а у магнитоэлектрических еще и отсутствие питания.

Недостатком является наличие коллектора и щеток.

Тахогенераторы переменного тока.

Разделяются на синхронные и асинхронные.

1) Синхронные GT – однофазные синхронные машины с ротором в виде постоянного магнита.

У синхронных GT с изменением частоты вращения w вместе с амплитудой изменяется и частота выходного напряжения, наводимого в обмотке статора. В динамическом отношении является безинерционным звеном.

2) Асинхронные GT – это двухфазные машины с полым немагнитным ротором.

ОВ – обмотка возбуждения; ГО – обмотка генератора.

Обмотки сдвинуты относительно одна другой на 90 0 . При вращении ротора в ГО наводятся ЭДС трансформации и вращения. Под действием ЭДС вращения на выходе GT возникает переменное напряжение выхода. При изменении напряжения ротора фаза выходного напряжения изменяется на 180 0 .

Асинхронные GT используются как датчики угловой скорости, частоты вращения и ускорений (в последнем случае обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока).

Достоинствами рассмотренных датчиков являются надежность, малая инерционность, отсутствие коллектора и щеток.

Недостатки: нелинейность статических характеристик, наличие на выходе остаточной ЭДС при неподвижном роторе, малая выходная мощность, сравнительно большие габариты.

Тахометрические мосты.

ТМ постоянного и переменного тока применяют в системах автоматики для создания обратной связи по частоте вращения электрических двигателей. Их применение позволяет упростить систему, т.к. отпадает необходимость в дополнительной машине – GT. При этом уменьшается статическая и динамическая нагрузка на исполнительный двигатель.

1) ТМ постоянного тока представляют собой специальную мостовую схему, в одно из плеч которой включен якорь двигателя Rя, а в остальные резисторы R1, R2, Rп.

К диагонали ав подводится напряжение сети, питающей якорь двигателя, а с диагонали сд снимается выходное напряжение, пропорциональное угловой частоте.

Статической характеристикой ТМ является функция Uвых = f(w) и справедлива при больших сопротивлениях на нагрузке.

2) ТМ переменного тока.

Для контроля частоты вращения асинхронных двигателей применяют бесконтактные параметрические устройства, трансформаторы тока и напряжения.

ТМ переменного тока повышают надежность работы САУ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector