Táquimetro eléctrico

Definición e Tipos de Tacómetros

Definición

Un tacómetro é un dispositivo usado para medir a velocidade de rotación ou a velocidade angular dunha máquina á que está acoplado. O seu funcionamento basease no principio do movemento relativo entre o campo magnético e o eixo do dispositivo conectado. A medida que o eixe rota, este movemento relativo induce unha forza electromotriz (FEM) nunha bobina colocada dentro do campo magnético constante dun imán permanente. A magnitude da FEM inducida é directamente proporcional á velocidade de rotación do eixe, permitindo a medida da velocidade da máquina.

Tipos de Tacómetros

Os tacómetros poden clasificarse ampliamente en dúas categorías: mecánicos e eléctricos.

• Tacómetro Mecánico: Este tipo de tacómetro mide a velocidade do eixe en termos de revolucións por minuto (RPM). Proporciona unha indicación mecánica directa da velocidade de rotación, xeralmente a través dunha ligazón mecánica e unha agulla en unha escala calibrada.

• Tacómetro Eléctrico: Un tacómetro eléctrico converte a velocidade angular nunha tensión eléctrica. En comparación cos tacómetros mecánicos, os tacómetros eléctricos ofrecen varias vantaxes, como maior precisión, integración máis sinxela con sistemas de control electrónicos e a capacidade de transmitir información de velocidade a lonxas distancias. Como resultado, son ampliamente utilizados para medir a velocidade de rotación dos eixes. Dependendo da natureza da tensión inducida, os tacómetros eléctricos poden dividirse en dous subtipos:

• Xerador de Tacómetro AC

• Xerador de Tacómetro DC

Xerador de Tacómetro DC

O xerador de tacómetro DC compónse de varios componentes clave: un imán permanente, un armadura, un conmutador, escovas, un resistor variable e un voltímetro de bobina móbil. Para medir a velocidade dunha máquina, o seu eixe acóplase co eixe do xerador de tacómetro DC.

O principio de funcionamento do xerador de tacómetro DC basease na indución electromagnética. Cando un condutor en circuito cerrado se move dentro dun campo magnético, indúcese unha FEM no condutor. A magnitude da FEM inducida determinase por dous factores: a cantidade de fluxo magnético ligado ao condutor e a velocidade de rotación do eixe. A medida que o eixe rota, o armadura dentro do xerador de tacómetro DC move a través do campo magnético do imán permanente, xerando unha FEM proporcional á velocidade do eixe. Esta FEM inducida convértese en tensión DC polo conmutador e as escovas, que pode ser medida polo voltímetro de bobina móbil ou procesada por circuitos electrónicos para diversas aplicacións.

Funcionamento do Xerador de Tacómetro DC

No xerador de tacómetro DC, o armadura rota dentro do campo magnético inalterable dun imán permanente. A medida que o armadura gira, produce lugar a indución electromagnética, inducindo unha forza electromotriz (FEM) nas bobinas enroladas ao redor del. De maneira significativa, a magnitude desta FEM inducida é directamente proporcional á velocidade de rotación do eixe ao que está acoplado o armadura; canto máis rápido xire o eixe, maior será a FEM inducida.

O conmutador, en xunto coas escovas, desempeña un papel crucial no funcionamento do xerador. Converte a corrente alternada (CA) xerada nas bobinas do armadura en corrente continua (CC). Esta conversión é esencial xa que permite unha medida máis sinxela e consistente da sinal eléctrica. O voltímetro de bobina móbil empregase entón para medir a FEM inducida, proporcionando unha saída cuantificable que corresponde á velocidade de rotación do eixe.

Notablemente, a polaridade da tensión inducida leva información importante. Determina a dirección do movemento do eixe. Por exemplo, unha polaridade positiva podería indicar unha rotación no sentido horario, mentres que unha polaridade negativa podería significar unha rotación no sentido antihorario. Para protexer o voltímetro e asegurar medidas precisas, conectase unha resistencia en serie con el. Esta resistencia limita o flujo da corrente potencialmente alta xerada polo armadura, evitando danos no dispositivo de medida e mantendo a integridade do proceso de medida.

A FEM inducida no xerador de tacómetro DC pode expresarse pola seguinte fórmula:

Onde, E – tensión xerada
Φ – fluxo por polos en Weber
P- número de polos
N – velocidade en revolucións por minuto
Z – o número de conductores nas bobinas do armadura.
a – número de camiños paralelos nas bobinas do armadura.

Vantaxes e Desvantaxes do Xerador de Tacómetro DC e Introdución ao Xerador de Tacómetro AC
Vantaxes do Xerador de Tacómetro DC

O xerador de tacómetro DC ofrece varias vantaxes notables, que se detallan a continuación:

• Indicación da Dirección de Rotación do Eixe: A polaridade das tensións inducidas serve como un indicador claro da dirección de rotación do eixe. Esta característica proporciona información valiosa sobre a dinámica de rotación da máquina que se está midendo, permitindo aos operadores monitorizar e controlar o sistema de forma máis eficaz.

• Uso de Voltímetro Convencional: Pode empregarse un voltímetro convencional de tipo DC para medir a tensión inducida. Esta simplicidade no equipo de medida reduce a complexidade e o custo asociados ao establecer o sistema de medida, facendo-o accesible e sinxelo de usar para unha ampla gama de aplicacións.

Desvantaxes do Xerador de Tacómetro DC

A pesar das súas vantaxes, o xerador de tacómetro DC tamén ten certas desvantaxes que deben terse en conta:

• Requisitos de Mantemento: O conmutador e as escovas, que son componentes esenciais para converter a corrente alternada xerada no armadura en corrente continua, requiren manutención periódica. Ao longo do tempo, estes componentes poden experimentar desgaste debido á fricción mecánica e á arco eléctrico, levando a un rendemento reducido e potenciais fallos se non se mantén adecuadamente.

• Problemas de Resistencia de Saída e Entrada: A resistencia de saída do tacómetro DC é xeralmente maior en comparación coa resistencia de entrada. En situacións onde se induce unha gran corrente no conductor do armadura, isto pode causar distorsión do campo magnético constante do imán permanente. Esta distorsión pode levar a inexactitudes na medida da FEM inducida e, en consecuencia, a erros na determinación da velocidade de rotación do eixe.

Xerador de Tacómetro AC

A dependencia do xerador de tacómetro DC de conmutadores e escovas dá lugar a varias limitacións. Para abordar estes problemas, desenvolvouse o xerador de tacómetro AC. Un xerador de tacómetro AC presenta un armadura estacionario e un campo magnético rotatorio. Este deseño elimina a necesidade de conmutadores e escovas, superando así moitos dos problemas de manutención e rendemento asociados cos tacómetros DC.

Cando o campo magnético rotatorio interacciona coas bobinas estacionarias do estator, indúcese unha forza electromotriz (FEM). Tanto a amplitud como a frecuencia da FEM inducida están directamente relacionadas coa velocidade do eixe. Esta relación permite a medida da velocidade angular analizando a amplitud ou a frecuencia da sinal eléctrica inducida.

O seguinte circuito utilízase para medir a velocidade do rotor centrando-se na amplitud da tensión inducida. Primeiro, as tensións inducidas rectifícanse para convertelas de corrente alternada a corrente continua. Posteriormente, as tensións rectificadas pasan a través dun filtro de capacitor, que suaviza eficazmente as ondulacións na forma de onda da tensión rectificada, proporcionando unha medida máis estable e precisa da amplitud da tensión inducida relacionada coa velocidade de rotación do eixe.

Xerador de Tacómetro AC de Copa de Arrastre
O tipo de tacómetro AC de copa de arrastre amósase na figura a seguir.

• Estrutura e Características do Xerador de Tacómetro AC
  O estator do xerador de tacómetro AC está equipado con dúas bobinas distintas: a bobina de referencia e a bobina de cuadratura. Estas bobinas están situadas a un ángulo de 90 graos entre si, que é un aspecto clave do deseño do xerador para un funcionamento preciso. O rotor do tacómetro está fabricado con unha copa de aluminio fina e está situado dentro da estrutura do campo.
  Construído con un material altamente inductivo, o rotor exhibe baixa inercia, permitindo-lle responder rapidamente a cambios na velocidade de rotación. Se suministra unha entrada eléctrica á bobina de referencia, mentres que a sinal de saída recóllense da bobina de cuadratura. A medida que o rotor rota dentro do campo magnético, indúcese unha tensión na bobina de sensor (cuadratura). A magnitude desta tensión inducida é directamente proporcional á velocidade de rotación do rotor, establecendo un mecanismo fiable para medir a velocidade angular.
  Vantaxes
  Saída Sen Ondulacións: O xerador de tacómetro de copa de arrastre destácase por producir unha tensión de saída libre de ondulacións. Esta saída lisa asegura medidas de velocidade máis precisas e consistentes, facendo-o ben adecuado para aplicacións onde a monitorización precisa da velocidade é crucial.
  Económico: Outra ventaxe significativa é o seu custo relativamente baixo. Esta accesibilidade fai do xerador de tacómetro de copa de arrastre unha opción atractiva para unha ampla gama de aplicacións, especialmente aquelas onde a eficiencia económica é unha prioridade sen sacrificar a funcionalidade básica.
  Desvantaxe
  No obstante, o xerador de tacómetro de copa de arrastre ten unha limitación notable. Cando o rotor xira a altas velocidades, emerge unha relación non lineal entre a tensión de saída e a velocidade de entrada. Esta non linearidade pode levar a inexactitudes na medida da velocidade se non se ten en conta correctamente, restrinxindo potencialmente o uso do xerador en escenarios que requiren medidas de velocidad de rotación de alta velocidade e alta precisión.