Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Тахогенератор — это электрическая машина малой мощности, преобразующая частоту вращения вала в выходное электрическое напряжение, амплитуда (а в ряде исполнений и частота) которого прямо пропорциональна скорости вращения. Физическая основа работы — закон электромагнитной индукции Фарадея: в проводнике, движущемся в магнитном поле, наводится ЭДС, мгновенное значение которой пропорционально скорости пересечения силовых линий. Тахогенераторы применяются как датчики скорости в замкнутых системах автоматического регулирования электропривода, в следящих и стабилизирующих системах, для электромеханического интегрирования и дифференцирования сигналов. По типу выходного сигнала различают тахогенераторы постоянного тока (коллекторные с возбуждением от постоянного магнита) и переменного тока (синхронные и асинхронные). Общие технические условия установлены ГОСТ 24875-88.
Работа тахогенератора опирается на закон электромагнитной индукции: ЭДС, наводимая в обмотке, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, сцепленного с этой обмоткой. Для проводника длиной l, движущегося со скоростью v перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией B, наведённая ЭДС равна:
l
v
B
e = B · l · v
Для вращающегося ротора линейная скорость проводника обмотки на радиусе r равна v = ω · r, где ω — угловая скорость вращения. После интегрирования по всем активным проводникам обмотки и учёта числа полюсов и обмоточного коэффициента выходная ЭДС тахогенератора получает вид:
r
v = ω · r
E = c · Φ · ω
где c — конструктивная постоянная машины, Φ — магнитный поток на полюс. При постоянном потоке (возбуждение от постоянного магнита) выходная ЭДС прямо пропорциональна угловой скорости вращения вала.
c
Φ
Главное свойство любого тахогенератора — линейная зависимость выходного напряжения от частоты вращения вала при стабильном магнитном потоке возбуждения.
На практике вместо ω часто используют частоту вращения n (об/мин или с-1); тогда зависимость записывают как Uвых = k · n, где k — крутизна выходной характеристики тахогенератора (мВ на 1 об/мин или В на 1000 об/мин).
n
Uвых = k · n
k
Это малая коллекторная машина, в которой магнитное поле создаётся постоянным магнитом статора (реже — независимой обмоткой возбуждения). По устройству и принципу действия — обычный генератор постоянного тока, оптимизированный под малую инерцию, низкие пульсации и линейность выходной характеристики.
Тахогенераторы постоянного тока конструктивно близки к малым двигателям постоянного тока и часто выполняются в одном корпусе с приводным двигателем (встроенное исполнение, motor-tacho). Они работают как «обращённый» двигатель: вращение вала генерирует ЭДС, пропорциональную скорости.
Бесколлекторная машина переменного тока: на роторе закреплён постоянный магнит (или электромагнит со скользящими контактами), на статоре — одна или несколько обмоток. При вращении ротора в обмотках статора наводится синусоидальная ЭДС, амплитуда и частота которой прямо пропорциональны частоте вращения ротора.
Конструктивно асинхронный тахогенератор подобен двухфазному асинхронному исполнительному двигателю с полым немагнитным ротором (стакан из тонкостенного сплава). На статоре расположены две обмотки, оси которых смещены на 90 электрических градусов: обмотка возбуждения и генераторная (выходная) обмотка. Обмотка возбуждения питается переменным напряжением стабильной частоты и амплитуды от внешнего источника. На выходной обмотке формируется выходной сигнал.
При неподвижном роторе результирующий магнитный поток статора пульсирующий и не наводит ЭДС в выходной обмотке (она пространственно ортогональна потоку). При вращении ротора в нём возникают вихревые токи; их магнитное поле смещается относительно поля возбуждения, и в выходной обмотке наводится ЭДС, амплитуда которой пропорциональна частоте вращения ротора. Частота выходного сигнала остаётся равной частоте источника возбуждения.
В технической документации тахогенератора всегда приводятся параметры, по которым проектируется и настраивается узел измерения скорости.
Тахогенератор постоянного тока имеет крутизну k = 20 мВ/(об/мин). На валу частота вращения n = 1500 об/мин. Выходное напряжение: U = k · n = 0,020 · 1500 = 30 В. При реверсе вала знак напряжения меняется на противоположный; при изменении частоты вращения от 0 до номинальной выходное напряжение изменяется линейно от 0 до 30 В.
k = 20 мВ/(об/мин)
n = 1500 об/мин
U = k · n = 0,020 · 1500 = 30 В
Реальный тахогенератор имеет несколько источников отклонения от идеальной линейной характеристики. Понимание этих погрешностей важно при выборе исполнения и при проектировании контура обратной связи.
В системах автоматического регулирования электропривода тахогенератор формирует сигнал обратной связи по скорости, который сравнивается с заданным значением. Разностный сигнал через регулятор воздействует на управляющий орган преобразователя (силовой ключ, регулятор тока, ШИМ), удерживая фактическую скорость близкой к заданной.
Классическое применение: двигатель постоянного тока с регулированием якорным напряжением через тиристорный или транзисторный преобразователь. Тахогенератор сидит на валу двигателя (отдельным узлом или встроенно), его сигнал сравнивается с заданием, формируется ошибка скорости, регулятор скорости задаёт уставку контуру тока. Получается двухконтурная подчинённая схема регулирования с внешним контуром скорости.
Тахогенератор также используется как датчик обратной связи в приводе с асинхронным двигателем и преобразователем частоты (векторное управление со скалярным или векторным контуром скорости), когда требуется высокая точность поддержания скорости и быстродействие при изменении нагрузки.
В следящих системах тахогенератор используется как датчик демпфирующей обратной связи: его сигнал пропорционален скорости отслеживания и подавляет автоколебания вблизи положения, заданного основным датчиком (резольвером, синусно-косинусным трансформатором, инкрементальным энкодером).
Поскольку выходное напряжение тахогенератора пропорционально скорости (производной угла поворота по времени), а интеграл скорости даёт угол, схема «двигатель + тахогенератор» использовалась как электромеханический интегратор. Сегодня эти задачи решаются цифровыми методами, но принцип сохраняет учебное и историческое значение.
Тахогенератор — аналоговый датчик скорости. Альтернативные датчики дают другой тип сигнала и измеряют разные физические величины.
Тахогенератор преобразует частоту вращения вала в выходное электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна скорости. Физический механизм — наведение ЭДС в обмотке, движущейся в магнитном поле возбуждения, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. При постоянном потоке возбуждения (постоянный магнит или стабилизированная обмотка) выходное напряжение прямо пропорционально угловой скорости вращения вала.
В тахогенераторе постоянного тока поле возбуждения создаётся постоянным магнитом (реже — обмоткой), сигнал снимается со щёток через коллектор, выходное напряжение — постоянное, его знак меняется при реверсе. Тахогенератор переменного тока — бесколлекторная машина: синхронный имеет постоянный магнит на роторе и обмотку статора, выходное напряжение — переменное, амплитуда и частота пропорциональны скорости; асинхронный устроен как двухфазный двигатель с полым ротором, амплитуда выхода пропорциональна скорости, частота — равна частоте возбуждения, фаза меняется на 180° при реверсе.
В тахогенераторе постоянного тока — по знаку (полярности) выходного напряжения относительно опорной точки. В асинхронном тахогенераторе — по фазе выходного сигнала относительно сигнала возбуждения: при смене направления вращения фаза изменяется на 180°. В однообмоточном синхронном тахогенераторе направление по выходу одной обмотки определить нельзя; для этого нужна многофазная конструкция и анализ последовательности фаз.
Это коэффициент пропорциональности между выходным напряжением и частотой вращения вала: количество милливольт (или вольт) на единицу частоты вращения. Размерность — мВ/(об/мин), В/(1000 об/мин) или В·с/рад. Крутизна — основная паспортная характеристика тахогенератора; именно она нормирует чувствительность измерения скорости и закладывается в расчёт коэффициентов обратной связи в системе автоматического регулирования.
Амплитудная нелинейность (отклонение от прямой пропорциональности), зубцовые и коллекторные пульсации, фазовая погрешность (для асинхронных исполнений), остаточное напряжение при нулевой скорости, температурный дрейф крутизны, износ щёточно-коллекторного узла и зависимость крутизны от сопротивления нагрузки. Все эти эффекты приводятся в технических условиях на конкретный типоразмер и нормируются разработчиком.
Как датчик скорости в замкнутом контуре регулирования электропривода постоянного и переменного тока, в следящих системах для демпфирующей обратной связи по скорости, в системах стабилизации частоты вращения, в электромеханических интеграторах и дифференциаторах. На валах двигателей часто устанавливается совместно с энкодером или резольвером: первый даёт точное значение скорости в аналоговой форме, второй — положение и приращение.
Тахогенератор измеряет скорость напрямую и формирует аналоговое напряжение, пропорциональное частоте вращения. Энкодер измеряет приращение углового положения и формирует импульсный сигнал; скорость в этом случае получается численным дифференцированием. Энкодер дискретен и устойчив к электромагнитным помехам по сигнальному тракту, но даёт нулевую информацию о скорости при нулевой скорости (нет приращений). Тахогенератор аналоговый и более чувствителен к наводкам, но напрямую фиксирует и сколь угодно малые ненулевые скорости через изменение постоянного напряжения.
В Российской Федерации общие технические условия на тахогенераторы как электрические машины малой мощности устанавливает ГОСТ 24875-88 «Машины электрические малой мощности. Тахогенераторы. Общие технические условия». Установочные и присоединительные размеры — по ГОСТ 12126-86. Конкретные типоразмеры и характеристики приводятся в технических условиях производителя на каждый тип тахогенератора.
Да, в значительной части задач. Современные преобразователи частоты могут оценивать скорость двигателя по модели (бездатчиковое управление) с приемлемой точностью в большом диапазоне нагрузок. В прецизионных и следящих системах, в системах с высокими требованиями к качеству регулирования и к работе на малых скоростях вблизи нуля, датчик обратной связи (тахогенератор, энкодер или резольвер) всё равно обязателен. Выбор между ними определяется требованиями к точности, разрешению, диапазону, помехозащищённости и условиям эксплуатации.
У тахогенератора постоянного тока пульсации обусловлены коммутацией коллектора: число пульсаций за оборот определяется числом коллекторных пластин и пар полюсов. У машин с зубчатым ротором пульсации связаны с прохождением зубцов под полюсами (зубцовая частота). Уменьшаются увеличением числа пластин и пазов, оптимизацией геометрии и активной фильтрацией выходного сигнала перед использованием его в контуре регулирования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.