Ηλεκτρικό ταχύμετρο

Ορισμός και Τύποι Ταχομετρών

Ορισμός

Το ταχόμετρο είναι ένα συστηματικό όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας ή της ταχύτητας περιστροφής ενός μηχανήματος στο οποίο είναι συνδεδεμένο. Η λειτουργία του βασίζεται στην αρχή της σχετικής κίνησης μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και του πάλαινου του συνδεδεμένου μηχανήματος. Καθώς περιστρέφεται το πάλαινο, αυτή η σχετική κίνηση επικαλύπτει μια ηλεκτροκινητική δύναμη (ΗΚΔ) σε μια κατανεμημένη στο σταθερό μαγνητικό πεδίο ενός σταθερού μαγνήτου. Η μέγεθος της επικαλυμμένης ΗΚΔ είναι ανάλογη με την ταχύτητα περιστροφής του πάλαινου, επιτρέποντας τη μέτρηση της ταχύτητας του μηχανήματος.

Τύποι Ταχομετρών

Τα ταχόμετρα μπορούν να χωριστούν ευρέως σε δύο κατηγορίες: μηχανικά και ηλεκτρικά.

• Μηχανικό Ταχόμετρο: Αυτός ο τύπος ταχομέτρου μετρά την ταχύτητα του πάλαινου σε περιστροφές ανά λεπτό (RPM). Παρέχει άμεση μηχανική ένδειξη της ταχύτητας περιστροφής, συχνά μέσω μηχανικής σύνδεσης και ενός δείκτη σε ετοιμασμένο διάλειμμα.

• Ηλεκτρικό Ταχόμετρο: Ένα ηλεκτρικό ταχόμετρο μετατρέπει τη γωνιακή ταχύτητα σε ηλεκτρικό υπέρβασμα. Σε σύγκριση με τα μηχανικά ταχόμετρα, τα ηλεκτρικά ταχόμετρα παρέχουν αρκετά πλεονεκτήματα, όπως υψηλότερη ακρίβεια, ευκολότερη ολοκλήρωση με ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου και τη δυνατότητα μετάδοσης πληροφοριών ταχύτητας σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής των πάλαινων. Σύμφωνα με τη φύση του επικαλυμμένου υπερβάσματος, τα ηλεκτρικά ταχόμετρα μπορούν να χωριστούν περαιτέρω σε δύο υποτύπους:

• Γεννήτρια AC Ταχομέτρου

• Γεννήτρια DC Ταχομέτρου

Γεννήτρια DC Ταχομέτρου

Η γεννήτρια DC ταχομέτρου αποτελείται από αρκετά βασικά συστατικά: σταθερό μαγνήτη, αρματούρα, κομμουτέρ, επενδύσεις, μεταβαλλόμενο αντίστατη και μετρητής υπερβάσματος με κινούμενη κατανεμημένη. Για τη μέτρηση της ταχύτητας ενός μηχανήματος, το πάλαινο του μηχανήματος ενώνεται με το πάλαινο της γεννήτριας DC ταχομέτρου.

Η λειτουργία της γεννήτριας DC ταχομέτρου βασίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Όταν ένας κλειστός διαγωνιστικός κατανεμημένος κινείται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, επικαλύπτεται ηλεκτροκινητική δύναμη (ΗΚΔ) στον κατανεμημένο. Το μέγεθος της επικαλυμμένης ΗΚΔ καθορίζεται από δύο παράγοντες: το ποσό της μαγνητικής ροής που συνδέεται με τον κατανεμημένο και την ταχύτητα περιστροφής του πάλαινου. Καθώς περιστρέφεται το πάλαινο, η αρματούρα μέσα στη γεννήτρια DC ταχομέτρου κινείται μέσα στο σταθερό μαγνητικό πεδίο του σταθερού μαγνήτη, επικαλύπτοντας μια ΗΚΔ που είναι ανάλογη με την ταχύτητα του πάλαινου. Αυτή η επικαλυμμένη ΗΚΔ μετατρέπεται σε υπέρβασμα DC από τον κομμουτέρ και τις επενδύσεις, το οποίο μπορεί να μετρηθεί από τον μετρητή υπερβάσματος με κινούμενη κατανεμημένη ή να επεξεργαστεί από ηλεκτρονικά κύκλωματα για διάφορες εφαρμογές.

Λειτουργία και Λειτουργία της Γεννήτριας DC Ταχομέτρου

Σε μια γεννήτρια DC ταχομέτρου, η αρματούρα περιστρέφεται μέσα στο αμετάβλητο μαγνητικό πεδίο ενός σταθερού μαγνήτη. Καθώς περιστρέφεται η αρματούρα, λαμβάνει χώρα ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, επικαλύπτοντας μια ηλεκτροκινητική δύναμη (ΗΚΔ) στις κατανεμημένες περίπου αυτή. Σημαντικά, το μέγεθος αυτής της επικαλυμμένης ΗΚΔ είναι ανάλογη με την ταχύτητα περιστροφής του πάλαινου, στο οποίο είναι συνδεδεμένη η αρματούρα· όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται το πάλαινο, τόσο μεγαλύτερη η επικαλυμμένη ΗΚΔ.

Ο κομμουτέρ, σε συνδυασμό με τις επενδύσεις, παίζει θεμελιώδη ρόλο στη λειτουργία της γεννήτριας. Μετατρέπει το εναλλασσόμενο υπέρβασμα (AC) που παράγεται στις κατανεμημένες περίπου της αρματούρας σε ένα υπέρβασμα (DC). Αυτή η μετατροπή είναι ζωτική, καθώς επιτρέπει μια πιο απλή και σταθερή μέτρηση του ηλεκτρικού σήματος. Ο μετρητής υπερβάσματος με κινούμενη κατανεμημένη χρησιμοποιείται στη συνέχεια για τη μέτρηση της επικαλυμμένης ΗΚΔ, παρέχοντας μια μετρήσιμη έξοδο που αντιστοιχεί στην ταχύτητα περιστροφής του πάλαινου.

Επιπλέον, η πολικότητα του επικαλυμμένου υπερβάσματος φέρει σημαντικές πληροφορίες. Ορίζει την κατεύθυνση της κίνησης του πάλαινου. Για παράδειγμα, μια θετική πολικότητα μπορεί να υποδεικνύει περιστροφή προς τα δεξιά, ενώ μια αρνητική πολικότητα μπορεί να υποδεικνύει περιστροφή προς τα αριστερά. Για την προστασία του μετρητή υπερβάσματος και την εγγύηση ακριβούς μέτρησης, συνδέεται ένας αντίστατης σε σειρά με αυτό. Αυτός ο αντίστατης περιορίζει την ροή του πιθανά υψηλού ρεύματος που παράγεται από την αρματούρα, προστατεύοντας το μέτρητο και διατηρώντας την ακεραιότητα της διαδικασίας μέτρησης.

Η ΗΚΔ που επικαλύπτεται στη γεννήτρια DC ταχομέτρου μπορεί να εκφραστεί με την παρακάτω τύπο:

όπου, E - παραγόμενο υπέρβασμα
Φ - ροή ανά πόλους σε Weber
P - αριθμός πόλων
N - ταχύτητα σε περιστροφές ανά λεπτό
Z - αριθμός των κατανεμημένων στην αρματούρα
a - αριθμός των παράλληλων διαδρομών στην αρματούρα.

Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα της Γεννήτριας DC Ταχομέτρου και Εισαγωγή στη Γεννήτρια AC Ταχομέτρου
Πλεονεκτήματα της Γεννήτριας DC Ταχομέτρου

Η γεννήτρια DC ταχομέτρου παρέχει αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα, τα οποία είναι τα εξής:

• Ενδείξη της Κατεύθυνσης Περιστροφής του Πάλαινου: Η πολικότητα του επικαλυμμένου υπερβάσματος λειτουργεί ως σαφής δείκτης της κατεύθυνσης περιστροφής του πάλαινου. Αυτό το χαρακτηριστικό παρέχει σημαντικές πληροφορίες για την κινηματική του μηχανήματος που μετριέται, επιτρέποντας στους τεχνικούς να παρακολουθούν και να ελέγχουν το σύστημα πιο αποτελεσματικά.

• Χρήση Συμβατικού Μετρητή Υπερβάσματος: Ένας συμβατικός μετρητής υπερβάσματος DC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του επικαλυμμένου υπερβάσματος. Αυτή η απλότητα στην εξοπλισμό μέτρησης μειώνει την πολυπλοκότητα και το κόστος στην εγκατάσταση του συστήματος μέτρησης, καθιστώντας το προσιτό και εύκολο στη χρήση για μια ευρεία γκάμα εφαρμογών.

Μειονεκτήματα της Γεννήτριας DC Ταχομέτρου

Παρά τα πλεονεκτήματά της, η γεννήτρια DC ταχομέτρου έχει και ορισμένα μειονεκτήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη:

• Απαιτήσεις Συντήρησης: Ο κομμουτέρ και οι επενδύσεις, τα οποία είναι βασικά συστατικά για τη μετατροπή του εναλλασσόμενου υπερβάσματος που παράγεται στην αρματούρα σε ένα υπέρβασμα DC, απαιτούν περιοδική συντήρηση. Με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα συστατικά μπορούν να υποστούν φθορά και συντριβή λόγω μηχανικής τριβής και ηλεκτρικής αρκτικής, οδηγώντας σε μειωμένη απόδοση και πιθανές παραλείψεις αν δεν συντηρούνται σωστά.

• Προβλήματα Αντιστάσεων Έξοδου και Εισόδου: Η αντίσταση έξοδου της γεννήτριας DC ταχομέτρου είναι συνήθως υψηλότερη σε σύγκριση με την αντίσταση εισόδου. Σε περιπτώσεις που παράγεται μεγάλο ρεύμα στον κατανεμημένο της αρματούρας, αυτό μπορεί να προκαλέσει διατάραξη του σταθερού μαγνητικού πεδίου του σταθερού μαγνήτη. Αυτή η διατάραξη μπορεί να οδηγήσει σε ακρίβεια στη μέτρηση της επικαλυμμένης ΗΚΔ και, συνεπώς, σε λάθη στον καθορισμό της ταχύτητας περιστροφής του πάλαινου.

Γεννήτρια AC Ταχομέτρου

Η εξάρτηση της γεννήτριας DC ταχομέτρου από κομμουτέρ και επενδύσεις προκαλεί αρκετά περιορισμούς. Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα προβλήματα, αναπτύχθηκε η γεννήτρια AC ταχομέτρου. Η γεννήτρια AC ταχομέτρου διαθέτει σταθερή αρματούρα και περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτός ο σχεδιασμός εξαλείφει την ανάγκη για κομμουτέρ και επενδύσεις, επομένως ξεπερνώντας πολλά από τα προβλήματα συντήρησης και απόδοσης που συνδέονται με τα ταχόμετρα DC.

Καθώς το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά με τις σταθερές κατανεμημένες του στάτορ, επικαλύπτεται μια ηλεκτροκινητική δύναμη (ΗΚΔ). Και η ένταση και η συχνότητα της επικαλυμμένης ΗΚΔ είναι άμεσα συνδεδεμένες με την ταχύτητα του πάλαινου. Αυτή η σχέση επιτρέπει τη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας είτε μέσω της ανάλυσης της έντασης είτε της συχνότητας του επικαλυμμένου ηλεκτρικού σήματος.

Το εξής κύκλωμα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ταχύτητας του ρότορα εστιάζοντας στην ένταση του επικαλυμμένου υπερβάσματος. Πρώτα, τα επικαλυμμένα υπερβάσματα ρ