Tahogeneratoare de curent continuu

Tahogeneratoarele de curent continuu sunt micromasini electrice construite pe principiul generatoarelor de curent continuu. Ele furnizeaza la iesire o tensiune continua proportionala cu turatia avand nivele si puteri care permit folosirea directa in instalatiile de automatizare.

Dupa modul de excitatie se pot imparti in doua clase: cu excitatie separata si cu magneti permanenti, aceasta din urma fiind clasa cea mai raspandita.

Rotorul poate fi de tip cilindric, disc sau pahar. Cel cilindric este realizat din tole de otel electrotehnic, avand infasurarea plasata in crestaturi inclinate in raport cu generatoarea. Constantele de timp ale tahogeneratorului de curent continuu cu rotor cilindric sunt sub 10 ms. Daca se cer constante de timp mai mici se utilizeaza tahogeneratoare cu rotor disc sau pahar. Rotorul disc este alcatuit dintr-un disc din fibre de sticla sau rasina epoxidica, pe care sunt lipite infasurarile, si care se roteste in fata magnetilor permanenti plasati paralel cu axa. Rotorul pahar are infasurarile lipite pe un pahar din fibra de sticla sau rasina epoxidica, in timp ce magnetii permanenti sunt asezati la fel ca la tahogeneratorul cu rotor cilindric. Prin aceste solutii constructive de rotoare se reduc mult atat constantele de timp mecanice, sub 1 ms, cat si cele electrice mai mici de 0,05 ms.

Schema de principiu a unui tahogenerator de curent continuu cu rotor cilindric este prezentata in urmatoarea figura..

Schema constructiva a unui tahogenerator de curent continuu:

K - carcasa;

MP - magneti permanentti

SM - sunturi magnetice

P - perii

C - colector

R - rotor

Magnetii permanenti se fac din aliaje de tip ALNICO, care au o buna stabilitate in timp si cu temperatura. Tot pentru stabilitate cu temperatura se prevad sunturi magnetice de compensare. De regula colectorul are lamelele din cupru iar periile sunt realizate din grafit. In cazul tensiunilor mici corespunzatoare turatiilor mici, colectorul se realizeaza din aliaje din metale pretioase (argint) iar periile din argint grafitat sau argint.

Ansamblul colector-perii fiind de fapt un redresor mecanic ,tensiunea u_e(t) de la iesirea tahogeneratorului de curent continuu  nu este strict continua ci prezinta ondulatii datorita comutatiilor periilor pe colector.

Aceste ondulatii devin cu atat mai mici cu cat creste numarul de lamele Se realizeaza un compromis, deoarece cresterea numarului de lamele duce la cresterea gabaritului tahogeneratorului. Tot pentru reducerea ondulatiilor se introduc filtre trece - jos la iesirea tahogeneratorului, care insa afecteaza timpul de raspuns.

Deoarece potrivit legii inductiei electomagnetice tahogeneratoarele de curent continuu au sensibilitati reduse ele nu pot functiona corect la turatii mici. De regula, gama de turatii acoperita de tahogeneratoarele de curent continuu este de 50 rot/min-5000 rot/min. De asemenea la turatii mici cresc valorile erorii de neliniaritate si ale ondulatiei. Tahogeneratoarele de curent continuu pot fi utilizate si la actionari reversibile. .

Forma tensiunii u_e(t)de la iesirea tahogeneratorului de curent continuu si forma tensiuii de ondulatie

Caracteristica statica a tahogeneratorului de curent continuu la mersul in gol este liniara:

unde E₀ este tensiunea electomotoare, n este turatia iar K_Tg este sensibilitatea tahogeneratorului dependenta de: numarul de perechi de poli P, numarul de cai de curent din rotor (2a), numarul de conductoare (N) si fluxul Φ₀ dat de magnetii permanenti:

Sensibilitatea este uzual cuprinsa intre 1 si 10

La mersul in sarcina tensiunea la borne va fi:

unde K_inI este o cadere de tensiune ce reprezinta reactia indusului si este proportionala cu turatia n si curentul rotoric I, R_AI este caderea de tensiune pe bobina tahogeneratorului, iar caderea de tensiune la perii.

Notand cu eroarea relativa a tahogeneratorului la mersul in sarcina, aceasta va fi:

unde R_s reprezinta rezistenta de sarcina. In cazul periilor speciale din Ag se poate neglija caderea de tensiune la perii si atunci erorea devine :

Din relatie se observa ca eroarea este mai mica daca se indeplinesc urmatoarele conditii:

-rezistenta R_s sa fie mare ;

-rezistenta R_A sa fie mica;

-reactia indusului sa fie mare.

Principalele caracteristici tehnico-functionale ale tahogeneratoarelor de curent continuu sunt:

- Tensiunea electromotoare la 1000 rot/min, K_E care este data in V/1000 rot/min si reflecta sensibilitatea tahogeneratorului;

- Rezistenta electrica la borne R_A,care este necesara pentru dimensionarea rezistentei de sarcina(R_s>>R_A);

- Turatia maxima n_max;

- Curentul nominal I_n, necesar pentru dimensionarea rezistentei de sarcina;

- Eroarea maxima de neliniaritate definita prin relatia;

unde E_M este tensiunea electromotoare masurata la diferite turatii n,iar ;

Eroarea maxima de neliniaritate raportata la turatia maxima definita prin expresia

unde

;

Eroarea de reversibilitate la 1000 rot/min definita prin relatia

unde K_Edr reprezinta K_E la rotatie spre dreapta, iar K_Est reprezinta K_E la rotatie spre stanga;

Ondulatia maxima, care este valoarea maxima a raportului dintre valoarea maxima a tensiunii de ondulatie U_Rmax si tensiunea de iesire medie U_e:

Tahogeneratoarele de curent continuu se construiesc astfel incat B sa nu depaseasca 3%.

Deriva termica reprezinta eroarea datorita variatiei de temperatura. Influenta temperaturii asupra functionarii tahogeneratorului de curent continuu se manifesta, pe de o parte, prin faptul ca micsoreaza campul magnetic creat de magnetul permanent, iar pe de alta parte, influenteaza rezistenta interna. De aici rezulta din nou recomandarea ca rezistenta de sarcina sa fie mult mai mare decat rezistenta interna. Deriva termica se exprima prin relatia

         unde T_max reprezinta temperatura maxima , iar T_min temperatura minima din conditiile de mediu.