عداد سرعة كهربائي

تعريف وأنواع عدادات السرعة

التعريف

عداد السرعة هو جهاز يستخدم لقياس سرعة الدوران أو السرعة الزاوية للآلة المرتبطة به. يعمل هذا الجهاز على مبدأ الحركة النسبية بين المجال المغناطيسي وعمود الآلة المرتبطة. عندما يدور العمود، تحدث هذه الحركة النسبية قوة كهربائية متحركة (EMF) في ملف موضوع داخل المجال المغناطيسي الثابت للمغناطيس الدائم. تكون قيمة القوة الكهربائية المتحركة الناتجة مباشرة نسبية لسرعة دوران العمود، مما يمكن من قياس سرعة الآلة.

أنواع عدادات السرعة

يمكن تقسيم عدادات السرعة إلى فئتين رئيسيتين: الميكانيكية والكهربائية.

• عداد السرعة الميكانيكي: هذا النوع من عدادات السرعة يقيس سرعة العمود بدلالة عدد الدورات في الدقيقة (RPM). يقدم إشارة ميكانيكية مباشرة لسرعة الدوران، غالبًا عن طريق اتصال ميكانيكي وإشارة على لوحة معدة.

• عداد السرعة الكهربائي: يقوم عداد السرعة الكهربائي بتحويل السرعة الزاوية إلى فولت كهربائي. مقارنة بعدادات السرعة الميكانيكية، تقدم عدادات السرعة الكهربائية العديد من المزايا، مثل الدقة العالية والتكامل السهل مع أنظمة التحكم الإلكترونية والقدرة على نقل معلومات السرعة عبر مسافات أطول. ولذلك، يتم استخدامها على نطاق واسع لقياس سرعة دوران الأعمدة. بناءً على طبيعة الجهد المندفع، يمكن تقسيم عدادات السرعة الكهربائية إلى نوعين فرعيين:

• مولد عداد السرعة التبادلي

• مولد عداد السرعة المستمر

مولد عداد السرعة المستمر

يتكون مولد عداد السرعة المستمر من عدة مكونات رئيسية: مغناطيس دائم، ذراع دوار، مبدل، فرشات، مقاومة متغيرة، ومتر فولت ذو ملف متحرك. لقياس سرعة الآلة، يتم ربط عمودها بعمود مولد عداد السرعة المستمر.

يعتمد مبدأ عمل مولد عداد السرعة المستمر على الإثارة الكهرومغناطيسية. عندما يتحرك موصل مغلق ضمن مجال مغناطيسي، يتم إحداث قوة كهربائية متحركة في الموصل. تحدد قيمة القوة الكهربائية المتحركة الناتجة بواسطة عاملين: كمية التدفق المغناطيسي المرتبط بالموصل وسرعة دوران العمود. عند دوران العمود، يتحرك الذراع الدوار داخل مجال المغناطيس الدائم، مما يولد قوة كهربائية متحركة تناسب سرعة العمود. يتم تحويل هذه القوة الكهربائية المتحركة إلى فولت مستمر بواسطة المبدل والفرشات، والتي يمكن قياسها بواسطة متر الفولت ذو الملف المتحرك أو معالجتها بواسطة الدوائر الإلكترونية لأغراض مختلفة.

عمل ووظيفة مولد عداد السرعة المستمر

في مولد عداد السرعة المستمر، يدور الذراع الدوار داخل المجال المغناطيسي الثابت للمغناطيس الدائم. أثناء دوران الذراع، يحدث الإثارة الكهرومغناطيسية، مما ينتج عنه قوة كهربائية متحركة (emf) في الملفات الملفوفة حوله. بشكل كبير، تكون قيمة هذه القوة الكهربائية المتحركة الناتجة مباشرة نسبية لسرعة دوران العمود المرتبط بالذراع الدوار؛ كلما زادت سرعة دوران العمود، زادت القوة الكهربائية المتحركة الناتجة.

يلعب المبدل، بالتعاون مع الفرشات، دورًا حاسمًا في عملية المولد. يقوم بتحويل التيار المتردد (AC) الذي يتم إنتاجه في ملفات الذراع الدوار إلى تيار مستمر (DC). يعتبر هذا التحويل ضروريًا حيث أنه يسمح بقياس أكثر بساطة وثباتًا للإشارة الكهربائية. يتم استخدام متر الفولت ذو الملف المتحرك لقياس القوة الكهربائية المتحركة الناتجة، مما يوفر خرجًا قابلًا للقياس يتوافق مع سرعة دوران العمود.

من المهم ملاحظة أن قطبية الجهد الناتج تحمل معلومات مهمة. فهي تحدد اتجاه حركة العمود. على سبيل المثال، قد تشير القطبية الإيجابية إلى الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة، بينما قد تشير القطبية السالبة إلى الدوران في اتجاه عقارب الساعة. لحماية متر الفولت وضمان القياسات الدقيقة، يتم توصيل مقاومة في التسلسل معه. تقوم هذه المقاومة بتقييد تدفق التيار العالي المحتمل الذي يتم إنتاجه بواسطة الذراع الدوار، مما يمنع تلف جهاز القياس ويحافظ على سلامة عملية القياس.

يمكن التعبير عن القوة الكهربائية المتحركة الناتجة في مولد عداد السرعة المستمر بالصيغة التالية:

حيث، E – الجهد المولد
Φ – التدفق لكل قطب بوحدة الويبير
P- عدد الأقطاب
N – السرعة بدورة في الدقيقة
Z – عدد الموصلات في ملفات الذراع الدوار.
a – عدد المسارات المتوازية في ملفات الذراع الدوار.

مزايا وعيوب مولد عداد السرعة المستمر والمقدمة لمولد عداد السرعة التبادلي
مزايا مولد عداد السرعة المستمر

يوفر مولد عداد السرعة المستمر العديد من المزايا الهامة، والتي تتمثل فيما يلي:

• إشارة اتجاه دوران العمود: تعتبر قطبية الجهد الناتج مؤشرًا واضحًا لاتجاه دوران العمود. توفر هذه الميزة معلومات قيمة عن ديناميكيات الدوران للآلة المقاسة، مما يتيح للمشغلين مراقبة وتحكم أفضل في النظام.

• استخدام متر الفولت التقليدي: يمكن استخدام متر الفولت التقليدي من النوع المستمر لقياس الجهد الناتج. تقلل هذه البساطة في معدات القياس من التعقيد والتكلفة المرتبطة بإعداد نظام القياس، مما يجعله سهل الوصول والاستخدام لعدد واسع من التطبيقات.

عيوب مولد عداد السرعة المستمر

رغم مزاياه، فإن مولد عداد السرعة المستمر له بعض العيوب التي يجب الأخذ بها في الاعتبار:

• متطلبات الصيانة: يحتاج المبدل والفرشات، وهما مكونات أساسية لتحويل التيار المتردد الذي يتم إنتاجه في الذراع الدوار إلى تيار مستمر، إلى صيانة دورية. مع مرور الوقت، يمكن لهذه المكونات أن تتعرض للتآكل بسبب الاحتكاك الميكانيكي والقوس الكهربائي، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء وإمكانية الفشل إذا لم يتم صيانتها بشكل صحيح.

• مشكلات المقاومة الناتجة والمدخلية: عادة ما تكون المقاومة الناتجة لمولد عداد السرعة المستمر أعلى مقارنة بمقاومته المدخلية. في الحالات التي يتم فيها إحداث تيار كبير في موصل الذراع الدوار، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تشوه المجال المغناطيسي الثابت للمغناطيس الدائم. يمكن أن يؤدي هذا التشوه إلى عدم دقة في قياس القوة الكهربائية المتحركة الناتجة وبالتالي أخطاء في تحديد سرعة دوران العمود.

مولد عداد السرعة التبادلي

تعود الاعتماد على المبدل والفرشات في مولد عداد السرعة المستمر إلى العديد من القيود. تم تطوير مولد عداد السرعة التبادلي لحل هذه المشاكل. يتميز مولد عداد السرعة التبادلي بذراع دوار ثابت والحقل المغناطيسي الدوار. هذا التصميم يلغي الحاجة إلى المبدل والفرشات، مما يتجاوز العديد من مشاكل الصيانة والأداء المرتبطة بمولدات عداد السرعة المستمرة.

عندما يتفاعل الحقل المغناطيسي الدوار مع ملفات الذراع الثابتة، يتم إحداث قوة كهربائية متحركة (EMF). ترتبط كل من السعة والتواتر للقوة الكهربائية المتحركة الناتجة مباشرة بسرعة العمود. تسمح هذه العلاقة بقياس السرعة الزاوية عن طريق تحليل السعة أو التواتر للإشارة الكهربائية الناتجة.

يستخدم الدائرة التالية لقياس سرعة الدوار عن طريق التركيز على السعة للجهد الناتج. أولاً، يتم تصحيح الجهود الناتجة لتحويلها من التيار المتردد إلى التيار المستمر. ثم يتم تمرير الجهود المستوية عبر مرشح كهربائي، مما يساعد على تسوية الاهتزازات في شكل موجة الجهد المستوي، مما يوفر قياسًا أكثر استقرارًا ودقة للجهد الناتج المرتبط بسرعة دوران العمود.

مولد عداد السرعة التبادلي من نوع الكأس المجرف
يظهر مولد عداد السرعة التبادلي من نوع الكأس المجرف في الشكل أدناه.

• الهيكل والخصائص لمولد عداد السرعة التبادلي
  يحتوي الذراع الثابت لمولد عداد السرعة التبادلي على ملفين مختلفين: ملف المرجع وملف الربع. يتم وضع هذه الملفات بزاوية 90 درجة بالنسبة لبعضها البعض، وهي نقطة رئيسية في تصميم المولد للعمل بدقة. يتم صنع الدوار لعداد السرعة من كأس الألمنيوم الرقيق ويتم وضعه داخل هيكل المجال.
  يتميز الدوار بأنه مصنوع من مادة ذات إندرسة عالية، مما يمنحه قلة القصور الذاتي، مما يمكّنه من الاستجابة بسرعة للتغيرات في سرعة الدوران. يتم توفير إدخال كهربائي لملف المرجع، بينما يتم استرداد الإشارة الناتجة من ملف الربع. عند دوران الدوار داخل المجال المغناطيسي، فإنه يسبب جهدًا في ملف الاستشعار (ملف الربع). تكون قيمة هذا الجهد الناتج مباشرة نسبية لسرعة دوران الدوار، مما ينشئ آلية موثوقة لقياس السرعة الزاوية.
  المزايا
  جهد خالي من الاهتزازات: يتميز مولد عداد السرعة التبادلي من نوع الكأس المجرف بإنتاج جهد ناتج خالٍ من الاهتزازات. يضمن هذا الجهد الناتج السلس قياسات سرعة أكثر دقة واستقرارًا، مما يجعله مناسبًا جدًا للتطبيقات التي تتطلب مراقبة سرعة دقيقة.
  اقتصادي: من المزايا الهامة الأخرى أنه أقل تكلفة. يجعل هذا الاقتصاد مولد عداد السرعة التبادلي من نوع الكأس المجرف خيارًا جذابًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، خاصة تلك التي يكون فيها الاقتصاد من الأولويات دون التضحية بالوظائف الأساسية.
  العيوب
  ومع ذلك، فإن مولد عداد السرعة التبادلي من نوع الكأس المجرف لديه قيد ملحوظ. عندما يدور الدوار بسرعات عالية، تظهر علاقة غير خطية بين الجهد الناتج وسرعة الإدخال. يمكن لهذا الخطأ غير الخطي أن يؤدي إلى عدم دقة في قياس السرعة إذا لم يتم اعتباره بشكل صحيح، مما قد يحد من استخدام المولد في السيناريوهات التي تتطلب قياسات سرعة عالية ودقيقة للغاية.