Génératrices tachymétriques — types, dispositif et principe de fonctionnement

Le mot "générateur tachymétrique" vient de deux mots - du grec "tachos" signifiant "rapide" et du latin "générateur". La génératrice tachymétrique est une micromachine de mesure électrique variable ou constante, qui est montée sur l'arbre de l'équipement et convertit la valeur actuelle de la vitesse de rotation de l'arbre en un signal électrique dont le paramètre porte des informations sur la fréquence de rotation.

Ce paramètre peut être EMF généré ou la valeur de fréquence du signal. Le signal de sortie de la génératrice tachymétrique peut être transmis à un affichage visuel (par exemple un affichage) ou à un dispositif de commande automatique de la vitesse de l'arbre sur lequel la génératrice tachymétrique fonctionne.

Les génératrices tachymétriques sont de plusieurs types, selon le type de signal généré en sortie : à signal alternatif en tension ou en courant (génératrices tachymétriques asynchrones ou synchrones), ou à signal constant.

Dynamo tachymétrique CC

Une génératrice tachymétrique à courant continu est une machine collectrice à excitation soit par des aimants permanents (plus courants) soit par une bobine excitatrice (moins courante) située sur son stator. La fem de mesure est induite sur l'enroulement du rotor de la génératrice tachymétrique et s'avère être directement proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation du rotor, en fait à la vitesse de variation du flux magnétique, en accord exact avec la loi de l'induction électromagnétique.

Le signal de sortie - une tension dont la valeur est également directement proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation du rotor - est évacué par les balais du collecteur. Étant donné que le travail implique collecteur et balais, une telle unité est soumise à une usure plus rapide qu'une génératrice tachymétrique AC. Le problème est qu'au cours de son travail, l'unité de collecte de brosse génère un bruit impulsionnel dans le signal de sortie d'un tel générateur tachymétrique.

D'une manière ou d'une autre, le signal de sortie de la génératrice tachymétrique à courant continu est une tension, ce qui rend difficile la conversion précise de la tension en vitesse, car le flux de déviation magnétique dépend de la température des aimants, de la résistance électrique au point de contact des balais avec le collecteur (qui change avec le temps), enfin — de la démagnétisation des aimants permanents au fil du temps.

Néanmoins, dans certains cas, les génératrices tachymétriques à courant continu conviennent à la forme de représentation du signal de sortie, ainsi qu'au phénomène naturel d'inversion de la polarité de ce signal en fonction du changement de sens de rotation de l'arbre.

Les génératrices tachymétriques à courant continu sont caractérisées par un «facteur de transformation» St, qui exprime le rapport de la tension retirée Uout à la fréquence de rotation Frot correspondant à la tension donnée.Ce paramètre est spécifié dans la documentation technique de la génératrice tachymétrique et est mesuré en millivolts multiplié par les tours par minute. Connaissant ce paramètre et la tension de sortie de la génératrice tachymétrique, vous pouvez calculer la fréquence actuelle à l'aide de la formule :

Moteur électrique avec génératrice tachymétrique intégrée :

Alternateur tachymétrique AC asynchrone

Les génératrices tachymétriques AC asynchrones sont de conception similaire pour moteurs asynchrones à cage… Le rotor ici est réalisé sous la forme d'un cylindre creux (généralement en cuivre ou en aluminium), et le stator contient deux enroulements situés à angle droit l'un par rapport à l'autre. L'un des enroulements du stator est l'enroulement d'excitation, le second est l'enroulement de sortie. Un courant alternatif d'une certaine amplitude et fréquence est fourni à la bobine d'excitation et la bobine de sortie est connectée à l'appareil de mesure.

Lorsque le rotor d'écureuil tourne, il rompt périodiquement l'orthogonalité initiale des flux magnétiques des deux bobines, du fait de la distorsion de l'image des champs magnétiques, une FEM est périodiquement induite dans la bobine de sortie. Si le rotor est stationnaire, le flux magnétique de la bobine d'excitation n'est pas déformé et aucune FEM n'est induite dans la bobine de sortie. Ici, l'amplitude de la FEM générée est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre.

Le courant fourni à l'enroulement inducteur ayant sa propre fréquence, différente de la vitesse de rotation de l'arbre, une telle génératrice tachymétrique est dite asynchrone. Entre autres choses, cette conception permet de juger du sens de rotation du rotor par la phase du signal de sortie - lors du changement de sens de rotation, la phase est inversée.

Dynamo tachymétrique AC synchrone

Les génératrices tachymétriques sont des machines à courant alternatif sans balais.L'aimantation du rotor est créée par un aimant permanent alors qu'un ou plusieurs enroulements sont présents sur le stator. Dans ce cas, l'amplitude du signal de sortie et sa fréquence seront proportionnelles à la vitesse de rotation de l'arbre. Les données de vitesse peuvent donc être mesurées à la fois par valeur d'amplitude (détection d'amplitude) et directement par fréquence (détection de fréquence). Cependant, le sens de rotation ne peut pas être déterminé à partir du signal de sortie de la génératrice tachymétrique synchrone.

Le rotor d'une génératrice tachymétrique à courant alternatif synchrone peut être réalisé sous la forme d'un aimant multipolaire et donner plusieurs impulsions consécutives dans le signal de sortie pour un tour de l'arbre. Ces génératrices tachymétriques, ainsi que les génératrices asynchrones, ont une durée de vie plus longue, car elles ne possèdent pas de dispositif de collecte des balais sujet à l'usure mécanique.

Détection de fréquence

Étant donné que la fréquence de sortie d'un générateur tachymétrique synchrone ne dépend pas de la température et d'autres facteurs, les mesures de fréquence avec celui-ci sont plus précises. Le calcul est très simple, il suffit de connaître le nombre de paires de pôles p du rotor :

Mais il y a aussi une nuance. Pour que la précision des calculs soit suffisamment élevée, il faut allouer un temps pendant lequel théoriquement la vitesse peut déjà changer, ce qui fait que pendant le comptage des impulsions, l'erreur de mesure augmente, ce qui est préjudiciable.

Pour réduire l'erreur de mesure, le rotor est multipolaire afin que les calculs puissent être effectués plus rapidement, puis la réponse du système de contrôle peut suivre plus rapidement. Pour un pôle, la fréquence est calculée selon la formule suivante :

où N est le nombre d'impulsions lues, T est la période de comptage des impulsions

Pour une génératrice tachymétrique synchrone, l'amplitude du signal change en fonction de la vitesse. Par conséquent, lors de la conception du détecteur de fréquence de sortie, il est important de prendre en compte toute la plage possible d'amplitudes des tensions de sortie de la génératrice tachymétrique.

Détection d'amplitude

Avec la méthode d'amplitude pour déterminer la fréquence, le circuit du détecteur de fréquence sera plus simple, mais ici, il est important de prendre en compte l'influence de facteurs tels que: température, changement de l'entrefer non magnétique, etc. Plus le fréquence, plus l'amplitude du signal de sortie est grande, donc le circuit détecteur est généralement un redresseur et Filtre passe bas, où le facteur de conversion mesuré en mV * rpm permet de déterminer la fréquence à l'aide de la formule suivante :

En plus des types traditionnels de génératrices tachymétriques abordés dans cet article, les capteurs d'impulsions sont également utilisés dans les technologies modernes. à base d'optocoupleurs, Capteurs à effet Hall etc. L'avantage des génératrices tachymétriques est que lorsqu'elles sont associées à un détecteur, elles ne nécessitent aucune source d'alimentation supplémentaire. Les inconvénients des génératrices tachymétriques traditionnelles de type machine comprennent une faible sensibilité à basse vitesse et un couple de freinage introduit.