Tacogeneradores: tipos, dispositivo y principio de funcionamiento.

La palabra "tacogenerador" proviene de dos palabras: del griego "tachos" que significa "rápido" y del latín "generador". El tacogenerador es una micromáquina de medición eléctrica variable o constante, que se monta en el eje del equipo y convierte el valor actual de la velocidad de rotación del eje en una señal eléctrica, cuyo parámetro lleva información sobre la frecuencia de rotación.

Este parámetro puede ser campos electromagnéticos generados o el valor de frecuencia de la señal. La señal de salida del tacogenerador se puede alimentar a una pantalla visual (por ejemplo, una pantalla) oa un dispositivo de control automático de la velocidad del eje en el que funciona el tacogenerador.

Los tacogeneradores son de varios tipos, según el tipo de señal generada a la salida: con señal de tensión o corriente alterna (tacogeneradores asíncronos o síncronos), o con señal constante.

Tacogenerador CC

Un tacogenerador de CC es una máquina colectora con excitación por imanes permanentes (más común) o por una bobina de excitación (menos común) ubicada en su estator. La fem de medición se induce en el devanado del rotor del tacogenerador y resulta ser directamente proporcional a la velocidad angular de rotación del rotor, de hecho a la tasa de cambio del flujo magnético, en exacta concordancia con la ley de la inducción electromagnética.

La señal de salida, un voltaje cuyo valor también es directamente proporcional a la velocidad angular de rotación del rotor, se elimina a través de las escobillas del colector. Dado que el trabajo implica colector y cepillos, dicha unidad está sujeta a un desgaste más rápido que un tacogenerador de CA. El problema es que, en el proceso de su trabajo, la unidad de recogida de cepillos genera un ruido de impulso en la señal de salida de dicho tacogenerador.

De una forma u otra, la señal de salida del tacogenerador de CC es un voltaje, lo que dificulta convertir con precisión el voltaje en velocidad, porque el flujo de deflexión magnética depende de la temperatura de los imanes, de la resistencia eléctrica en el punto de contacto. de los cepillos con el colector (que cambia con el tiempo), finalmente — de la desmagnetización de los imanes permanentes con el tiempo.

No obstante, en algunos casos los tacogeneradores de corriente continua son convenientes por la forma de representación de la señal de salida, así como por el fenómeno natural de invertir la polaridad de esta señal de acuerdo con el cambio de sentido de giro del eje.

Los tacogeneradores de CC se caracterizan por un «factor de transformación» St, que expresa la relación entre la tensión extraída Uout y la frecuencia de rotación Frot correspondiente a la tensión dada.Este parámetro se especifica en la documentación técnica del tacogenerador y se mide en milivoltios multiplicado por revoluciones por minuto. Conociendo este parámetro y el voltaje de salida del tacogenerador, puede calcular la frecuencia actual usando la fórmula:

Motor eléctrico con tacogenerador incorporado:

Tacogenerador asíncrono de CA

Los tacogeneradores de CA asíncronos tienen un diseño similar para motores asíncronos de jaula de ardilla… El rotor aquí tiene la forma de un cilindro hueco (generalmente de cobre o aluminio), y el estator contiene dos devanados ubicados en ángulo recto entre sí. Uno de los devanados del estator es el devanado de excitación, el segundo es el devanado de salida. Se suministra una corriente alterna de cierta amplitud y frecuencia a la bobina de excitación, y la bobina de salida se conecta al dispositivo de medición.

Cuando el rotor de ardilla gira, rompe periódicamente la ortogonalidad inicial de los flujos magnéticos de las dos bobinas, como resultado de la distorsión de la imagen de los campos magnéticos, se induce periódicamente un EMF en la bobina de salida. Si el rotor está estacionario, entonces el flujo magnético de la bobina de excitación no se distorsiona y no se induce FEM en la bobina de salida. Aquí, la magnitud de la EMF generada es proporcional a la velocidad de rotación del eje.

Dado que la corriente suministrada al devanado de campo tiene su propia frecuencia, diferente de la velocidad de rotación del eje, dicho tacogenerador se denomina asíncrono. Entre otras cosas, este diseño permite juzgar la dirección de rotación del rotor por la fase de la señal de salida: al cambiar la dirección de rotación, la fase se invierte.

Tacogenerador AC síncrono

Los tacogeneradores síncronos son máquinas de CA sin escobillas.La magnetización del rotor es creada por un imán permanente mientras uno o más devanados están presentes en el estator. En este caso, tanto la amplitud de la señal de salida como su frecuencia serán proporcionales a la velocidad de giro del eje. Por lo tanto, los datos de velocidad se pueden medir tanto por valor de amplitud (detección de amplitud) como directamente por frecuencia (detección de frecuencia). Sin embargo, la dirección de rotación no se puede determinar a partir de la señal de salida del tacogenerador síncrono.

El rotor de un tacogenerador síncrono de CA se puede hacer en forma de un imán multipolar y dar varios pulsos seguidos en la señal de salida para una revolución del eje. Dichos tacogeneradores, junto con los asincrónicos, tienen una vida útil más larga, ya que no tienen un dispositivo de recolección de cepillos propenso al desgaste mecánico.

Detección de frecuencia

Dado que la frecuencia de salida de un tacogenerador síncrono no depende de la temperatura y otros factores, las mediciones de frecuencia con él son más precisas. El cálculo es muy sencillo, basta saber el número de pares de polos p del rotor:

Pero también hay un matiz. Para que la precisión de los cálculos sea lo suficientemente alta, es necesario asignar un tiempo durante el cual, en teoría, la velocidad ya puede cambiar, lo que significa que mientras se cuentan los pulsos, aumenta el error de medición, lo cual es perjudicial.

Para reducir el error de medición, el rotor se hace multipolar para que los cálculos se puedan hacer más rápido, luego la respuesta del sistema de control puede seguir más rápido. Para un polo, la frecuencia se calcula utilizando la siguiente fórmula:

donde N es el número de pulsos leídos, T es el período de conteo de pulsos

Para un tacogenerador síncrono, la amplitud de la señal cambia dependiendo de la velocidad, por lo tanto, al diseñar el detector de frecuencia de salida, es importante tener en cuenta todo el rango posible de amplitudes de los voltajes de salida del tacogenerador.

Detección de amplitud

Con el método de amplitud para determinar la frecuencia, el circuito del detector de frecuencia será más simple, pero aquí es importante tener en cuenta la influencia de factores tales como: temperatura, cambio en el espacio no magnético, etc. Cuanto mayor sea el frecuencia, mayor es la amplitud de la señal de salida, por lo tanto, el circuito detector suele ser un rectificador y Filtro de paso bajo, donde el factor de conversión medido en mV * rpm permite determinar la frecuencia mediante la siguiente fórmula:

Además de los tipos tradicionales de tacogeneradores discutidos en este artículo, los sensores de pulso también se utilizan en tecnologías modernas. basado en optoacopladores, Sensores de pasillo etc. La ventaja de los tacogeneradores es que, cuando se combinan con un detector, no requieren ninguna fuente de alimentación adicional. Las desventajas de los tacogeneradores tradicionales de tipo máquina incluyen poca sensibilidad a bajas velocidades y par de frenado introducido.