2tom201

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 404

Rys. 5.137. Zasada konstrukcji podstawowych odmian prądnic tachometrycznych prądu stałego: a) ze wzbudzeniem elektromagnetycznym i wirnikiem klasycznym; b) z magnesami trwałymi i wirnikiem bezżłobkowym z uzwojeniem naklejonym; c) ze wzbudzeniem elektromagnetycznym i wirnikiem bezżelazowym kubkowym; d) z magnesami trwałymi i wirnikiem tarczowym

1 uzwojenie wzbudzenia, 2 — magnesy trwałe, 3 — nabiegunniki, 4 wirnik, 5 komutator, 6 — szczotki

obciążenia prądnicy. Eliminują także żłobkową harmoniczną pulsacji napięcia wyjściowego. Tak więc prądnice tachometryczne prądu stałego w wykonaniach niekonwencjonalnych charakteryzują się napięciem wyjściowym o zminimalizowanych tętnieniach i zmniejszonych zakłóceniach komutacyjnych. Po zróżniczkowaniu (w układzie RC) dają one czytelny sygnał napięciowy proporcjonalny do przyspieszenia. Na rysunku 5.137 przedstawiono zasadę konstrukcji podstawowych odmian tych prądnic.

Charakterystykę wyjściową PTPS można wyznaczyć z równania napięć obwodu twornika. Przy stałym strumieniu wzbudzenia <P_f napięcie można przedstawić w postaci

a.

(5.161)

gdzie: k_v — stała napięciowa; R_p — rezystancja przejścia; R_a — rezystancja twornika; Q_r — prędkość kątowa wirnika.

W stanic pracy napięciowej (P_obc = oo) równanie charakterystyki przyjmuje postać

= fetA    (5.162)

Z równania wynika, że w przypadku idealnej prądnicy tachometrycznej (<Pf = const, R_p - const) napięcie wyjściowe jest liniową funkcją prędkości, a nachylenie charakterystyki jest stale w całym zakresie zmian prędkości, przy czym jest ono największe (i równe k_v) P«y Ko* = ⁰⁰ •    . ■

W rzeczywistości, w prądnicach nie udaje się nigdy w pełni zapewnić ani stałości strumienia wzbudzenia ani stałości rezystancji przejścia. Dlatego przebiegi wyjściowych

j,terystyk tych prądnic nic są idealnie liniowe, szczególnie przy niezbyt dużych ^c „ stancjach obciążenia i w zakresie dużych prędkości.

^f Niestałość rezystancji przejścia szczotki-komutator uwidacznia się powstaniem pew-• _strcfv niejednoznaczności leżącej w pobliżu początku układu współrzędnych. W strefie •przebieg charakterystyki jest na ogół niepow tarzalny i nieliniowy. Czasami nazyw'a się a strefą martwą. Nieciągła struktura zestyku szczotka-komutator powoduje, że dokładne ustawienie szczotek w strefie neutralnej jest często niewykonalne. Charakterystyka obciążonej prądnicy staje się wtedy niesymetryczna względem środka układu w'spółrzęd-

fnną wadą, istotną gdy istnieje potrzeba różniczkowania sygnału wyjściowego dla uzyskania np. sygnału przyspieszenia, są pulsacje napięcia wyjściowego spowodowane eliptycznością wirnika lub mimośrodow'ością jego ustawienia, użłobkowaniem wirnika (pulsacje żłobkowe) i strukturą zestyku ruchomego (pulsacje komutatorowe).

W najlepszych, a więc jednocześnie najdroższych prądnicach tachometrycznych prądu stałego wady te ogranicza sic przez stosowanie odpornych na odmagnesowanie magnesów wzbudzenia o dużych wartościach rcmanencji przy jednocześnie niskich współczynnikach temperaturowych (np. SmCo,).

Dobre rezultaty ograniczania zmian strumienia wzbudzenia w' prądnicach o wzbudzeniu elektromagnetycznym daje silne nasycenie obwodu magnetycznego (ale kosztem braku możliw-ości regulacji nachylenia charakterystyki). Zwężenie strefy martw^rcj uzyskuje sic w prądnicach ze szczotkami metalowymi (np. pręciki irydowo-platynowc) o małych napięciach przejścia. Zmniejszenie pulsacji napięcia w^ryjściowego osiąga się przez:

—    stosowanie dużej liczby żłobków wirnika lub konstrukcji bezżłobkowej:

—    właściwy dobór długości łuku i kształtu nabiegunnika, skosu żłobków:

—    stosowanie dużej liczby działek komutatora;

—    dokładne wykonanie mechaniczne.

Czasem szczególnie w zastosowaniach prądnic jako mierników prędkości, wykorzystuje się tzw. „filtry pomiarowe” RC. Co prawda wygładzają one przebieg napięcia wyjściowego, lecz zwiększają jednocześnie stałą czasową prądnicy. Dlatego na ogół są niedopuszczalne w prądnicach będących elementami sprzężeń zwrotnych szybkodziałających serwomechanizmów'.

Całkowicie pozbawione pulsacji jest napięcie wyjściowe prądnic homopolarnych. Prądnice te jednak, co wynika z zasady ich działania, charakteryzuje stała napięciowa znacznie mniejsza od opisanych.

Parametry niektórych współczesnych PTPS produkowanych w Polsce podano w tabl. 5.77. ’

Właściwości dynamiczne PTPS można scharakteryzować najwygodniej przez podanie tch transmitancji operatorowej. Z równania napięć prądnicy dla wartości chwilowych, po uwzględnieniu indukcyjności twornika L_a i przeprowadzeniu transformacji Laplace’a otrzymuje się

G(.i) =

K

7r+T

(5.163)

^w którym: K = k_L,-—-; T =----stała czasowa.

Ra + R_p⁺Rot*    R_a-żR_p+R obc

Jest to człon inercyjny pierwszego rzędu. Indukcyjność twornika większości współczesny¹^ prądnic tachometrycznych jest znikomo mała i z dużym przybliżeniem, w^r szczególno-^SC1 prądnic z wirnikiem bezżelazowym, można pominąć elektromagnetyczną stałą basową. Wówczas G(s) ss K, co oznacza, że prądnica tachometryczna prądu stałego jest onem liniowym.