- TAHOGENERATOARE - SELSINE

Tahogeneratoarele (TAH) sunt micromaini de curent continuu sau curent alternativ, ce servesc ca traductoare turaie-tensiune Principalele condiii ce trebuiesc satisfcute de TAH sunt urmtoarele: o relaie ct mai aproape de una linear ntre tensiunea la borne i turaie; la tahogeneratoarele de curent alternativ, pe lng amplitudine intereseaz i faza i frecvena tensiunii de ieire, de dorit constant; gabarite i greuti reduse; siguran n funcionare. n vederea satisfacerii cerinelor tahogeneratoarele se realizeaz n ntructva diferit de mainile uzuale enunate, construcie

-

Se mpart n dou categorii: Sincrone Asincrone

Elementele constructive de baz sunt ale unei maini sincrone obinuite Cmpul inductor rotoric este produs prin intermediul magneilor permaneni; nfurarea statoric de regul monofazat, este plasat n crestturi. Tensiunea electromotoare ce se stabilete la bornele nfurrii statorice, la mersul in gol este:

proporional cu turaia i de frecven f = pn, de asemenea variabil.

Comportarea n sarcin a tahogeneratorului este similar cu cea a unei maini sincrone trifazate simetrice, ncrcat pe o singur faz Ca urmare a asimetriei magnetice i electrice a rotorului, regimul de funcionare este nesinusoidal. Se neglijeaz n continuare armonicele superioare. Dac I este curentul nfurrii monofazate statorice, tensiunea la borne n sarcin este dat de relaia

Unde I1, I2, I0 sunt curenii de succesiune direct, invers i nul Z1, Z2, Z0 sunt impedanele pe care le prezint maina sincron fa de cureni

Deoarece curenii celorlalte dou faze sunt nuli, se obine:1 I1 = I2 = I0 = I 3

Introducnd U Z r I

se obine:

impedanele nfurrii indusului i receptorului sunt:

Tensiunea la bornele TAH n sarcin:

Obs. Tensiunea n sarcin la bornele TAH este legat de aceasta printr-o relaie complicat; din ecuaiile stabilite se observ c i defazajul dintre U, UeE se schimb continuu cu turaia.

Din aceste motive tahogeneratoarele sincrone, nu ndeplinesc condiiile de preczie impuse ntr-un sistem de reglare automat n consecin sunt utilizate n scopul limitat de msur a turaiei, n locul tahometrelor (prin conectarea unui voltmetru, a crui scal se etaloneaz direct n turaii, la bornele tahogeneratorului).

construcie asemntoare servomotorului asincron bifazat cu rotorul n form de paharUna din nfurri 1, este alimentat la o surs de tensiune i frecven constant; La bornele celeilalte nfurri 2, se stabilete o tensiune de amplitudine proporional cu turaia rotorului i frecven constant (cea a tensiunii de alimentare a primei nfurri).

Principiul de funcionare poate fi explicat simplu considernd separat turaiile n = 0 i n 0. Pentru n = 0, fluxul nfurrii 1 induce o t.e.m. de pulsaie n nfurarea rotoric (considerat o colivie cu un numr infinit de bare), nfurarea inductoare 1 i nfurarea n scurtcircuit rotoric, pot fi privite ca nfurare primar, respectiv secundar, plasate pe aceeai coloan, a unui transformator monofazat. Cum se tie, cmpurile create de curenii celor dou nfurri au axele suprapuse i n consecin i axa cmpului rezultant la n = 0 (condiionat de solenaia rezultant), coincide cu axa nfurrii 1. Ca urmare, t.e.m. indus de ctre cmpul rezultant la n=0 n nfurarea 2, n cuadratur electric cu nfurarea 1, este nul.

1.

-

-

-

2. Pentru n0, n nfurarea rotoric apar t.e.m. induse

prin pulsaie i rotaie. Comportarea fa de t.e.m. indus prin pulsaie este cunoscut. Fa de t.e.m. indus prin rotaie, rotorul poate fi privit ca indusul unei maini de curent continuu cu un numr infinit de spire cu pas diametral. - T.e.m. indus este maxim ntre punctele a, b, plasate la aceleai capete ale barelor din axa transversal a cmpului inductor. Observnd c punctele a, b, sunt legate galvanic ntre ele i avnd n vedere considerente de simetrie, spectrul cmpului creat de curenii rotorici determinai de componenta de rotaie a t.e.m. induse, rezult similar celui dintr-o main de curent continuu, la care periile plasate n axa neutr, sunt scurtcircuitate. El are direcie transversal i nlnuie maximal nfurarea 2.

-

T.e.m. induse ntre punctele a, b depind cum se tie de turaie i de valoarea momentan a fluxului inductor i n consecin pulseaz n acord cu acesta (trec prin zero simultan).Dac se neglijeaz procesele secundare, legate de modificarea saturaiei mainii i a cmpurilor de dispersie, amplitudinea fluxului rezultant inductor poate fi considerat constant pentru o tensiune de alimentare a nfurrii 1 dat i n consecin, t.e.m. indus prin rotaie este funcie printr-o relaie practic linear de turaia mainii, n acelai mod depinde de turaie i fluxul transversal ce pulseaz cu frecvena reelei i deci i amplitudinea t.e.m. de frecven constant, pe care o induce n nfurarea 2.

-

-

La conectarea unui receptor de impedan dat la bornele nfurrii 2, curentul ce se stabilete determin o solenaie de reacie 2 i cmpul dup axa transversal se modific. Ca urmare, tensiunea la bornele nfurrii 2 difer cu att mai mult de cea de la mersul n gol (att ca amplitudine ct i ca faz), cu ct efectul solenaiei 2 de reacie este mai pronunat (cu ct cderile de tensiune interne sunt mai mari). Cum frecvena tensiunii la ieire (la bornele nfurrii 2) este constant, parametrii receptorului sunt constani, ceea ce reprezint un avantaj important, ei putnd fi alei astfel nct s fie corectate erorile de amplitudine i faz.

-

-

Cateva msuri de limitare a erorilor: Asigurarea unei impedane ct posibil mai mari a receptorului, n care caz i reacia de indus 2 apare diminuat Alegerea caracterului receptorului: - Impedana nfurrii 2 are un caracter inductiv. Dac i receptorul este inductiv, cmpul de reacie condiionat de solenaia 2 este demagnetizant i tensiunea de ieire n sarcin scade fa de mersul n gol - Prin conectarea potrivit a unui condensator C la bornele nfurrii 2, este redus caracterul inductiv demagnetizant al cmpului de reacie i pe aceast baz se pot corecta erorile de amplitudine.Rezult astfel c erorile sunt cu att mai mici, cu ct viteza relativ v = n/n1 unde n1=f/p, este mai mic i cu ct rezistena rotoric este mai mare.

Pentru satisfacerea primei condiii se construiesc tahogeneratoare cu p = 1 i se alimenteaz nfurarea 1 cu tensiuni de frecvene ridicate n jur de 400 - 500 Hz, astfel nct la turaiile n ce pot interveni n mod normal, s rezulte pentru v valori reduse; cea de a doua condiie este ndeplinit constructiv, prin realizarea paharului rotoric din material de rezistivitate ridicat (de regul bronz fosforos). O expresie simplificat care d valoarea mrimii de ieire (tensiunea la bornele nfurrii 2), n funcie de mrimea de intrare (turaia de msurat de la arborele mainii cu care este cuplat tahogeneratorul), este de forma:

Pentru v mic, asigurat ca mai sus pe toat plaja de turaii posibile, se poate neglija termenul Cv2 i U =Av/B, o relaie practic linear, aa cum se impune pentru un traductor turaie-tensiune.

Sunt micromaini de curent continuu n construcie special. Cmpul magnetic inductor este produs fie prin intermediul magneilor permaneni, fie, ca la orice main de curent continuu, prin alimentarea nfurrii de excitaie de la o surs de tensiune constant. Tensiunea indus la mersul n gol, culeas la periile plasate n axa transversal, este:

Dac se neglijeaz reacia de comutaie a indusului (cmpul creat de curenii ce apar n spirele n comutaie), 0 = ct., relaia reprezint o dreapt.

La conectarea unui receptor de rezisten R, se stabilete curentul Ia al indusului i tensiunea U la bornele mainii se schimb ca urmare a cderilor de tensiune la perii, pe rezistena Ra a nfurrii indusului i a reaciei de indus. Avem:

Ue - tensiunea indus n sarcin de fluxul rezultant Tensiunea la borne nu mai este ntr-o relaie de proporionalitate cu turaia. Dac se consider reducerea fluxului de la mersul n gol 0 la valoarea ca urmare a reaciei demagnetizante (la mainile saturate) transversale i a eventualei reacii longitudinale demagnetizante (legat de rotirea periilor i de o comutaie ntrziat), pe seama unei solenaii de reacie echivalente ech Ia, se poate scrie:

Eroarea relativ de amplitudine este de forma:

Avnd n vedere relaiile de mai sus i introducnd U=RIa se obine:

U

KnI a Ra I a U p

RIa KnI a Ra I a U p

-

-

Msurile necesare de limitare a erorilor sunt: O surs important de erori, care se face simit mai ales la viteze mici (cnd curentul i deci cderile de tensiune corespunztoare sunt mici), este cderea de tensiune la perii Up, ce nu variaz linear cu Ia. Din acest motiv se iau msuri n vederea reducerii ei pe ct posibil (prin folosirea unor perii speciale, chiar perii metalice, prin realizarea lamelelor colectorului din oel inoxidabil i a periilor din bronz fosforos, etc; Dac se neglijeaz Up se obine:

1 - realizarea tahogeneratorului cu o rezisten Ra a nfurrii indusului ct mai mic; 2 - conectarea la borne a unui receptor de rezisten R pe ct posibil mai mare; 3 - antrenarea tahogeneratorului la turaii nu prea ridicate (dac turaia de msurat are valori mari, este indicat determinarea ei prin intercalarea unui redactor de turaie). O atenie deosebit trebuie acordat i sistemului de excitaie. - excitaie separata - pentru circuitul magnetic se vor utiliza materiale cu bucle de histerezis ct mai nguste (permaloy) - excitaie cu magnei permaneni (aliaje de tipul alnico) variaiile de nclzire introduc erori mai mici. Dezavantajul acestui sistem de excitaie este mbtrnirea magneilor ce face necesar dup un timp, reetalonarea tahogeneratorului.

Prezena colectorului i a sistemului de perii ce necesit o ngrijire atent n exploatare, reprezint alte dezavantaje ale tahogeneratoarelor de curent continuu. Avantajele acestor tahogeneratoare se refer n principal la faptul c nu intervin erorile de faz i frecven, proprii tahogeneratoarelor de curent alternativ. Tahogeneratoarele de curent continuu sunt n construcie mai complicat i rezult mai scumpe dect tahogeneratoarele de tip asincron i din aceste motive sunt utilizate doar n instalaiile unde nu sunt permise erorile de faz.