Električni tahomerter

Definicija i vrste takometara

Definicija

Takomjer je uređaj koji se koristi za mjerenje rotacijske brzine ili kutne brzine stroja s kojim je spojen. Njegovo funkcioniranje temelji se na principu relativnog gibanja između magnetskog polja i vratila spojenog uređaja. Kako vratilo rotira, ovo relativno gibanje inducira elektromotornu snagu (EMF) u cijevi smještene unutar konstantnog magnetskog polja trajnog magneta. Veličina inducirane EMF-a je direktno proporcionalna rotacijskoj brzini vratila, što omogućuje mjerenje brzine stroja.

Vrste takometara

Takometre možemo općenito klasificirati u dvije kategorije: mehaničke i električke.

• Mehanički takomjer: Ova vrsta takometra mjeri brzinu vratila u obrtima po minuti (RPM). Pruža direktan mehanički pokazatelj rotacijske brzine, često putem mehaničkog spajanja i kazaljke na kalibriranom stupcu.

• Električki takomjer: Električki takomjer pretvara kutnu brzinu u električni napon. U usporedbi s mehaničkim takometrima, električki takometri nude nekoliko prednosti, poput veće točnosti, lakšeg integriranja s elektroničkim sustavima upravljanja i mogućnost prenosa informacija o brzini na veće udaljenosti. Zbog toga se široko koriste za mjerenje rotacijske brzine vratila. Ovisno o prirodi induciranog napona, električki takometri se mogu dalje podijeliti u dvije podvrste:

• AC generator takometra

• DC generator takometra

DC generator takometra

DC generator takometra sastoji se od nekoliko ključnih komponenti: trajnog magneta, armature, komutatora, štapa, varijabilnog otpornika i pokretnog voltmetera sa strujnim krugom. Za mjerenje brzine stroja, njegovo vratilo se spoji s vratilom DC generatora takometra.

Radni princip DC generatora takometra temelji se na elektromagnetskoj indukciji. Kada se zatvoreni vodnik giba unutar magnetskog polja, inducirana je EMF u vodniku. Veličina inducirane EMF-a ovisi o dva faktora: količini magnetskog fluksa povezanog s vodnikom i rotacijskoj brzini vratila. Kako vratilo rotira, armatura unutar DC generatora takometra giba se kroz magnetsko polje trajnog magneta, generirajući EMF koji je proporcionalan brzini vratila. Ova inducirana EMF tada se pretvara u DC napon putem komutatora i štapa, koji se može mjeriti pokretnim voltmeterom sa strujnim krugom ili dalje obrađivati elektroničkim sklopovima za razne primjene.

Funkcija i rad DC generatora takometra

U DC generatoru takometra, armatura rotira unutar nemjenjivog magnetskog polja trajnog magneta. Kako armatura vrte, događa se elektromagnetska indukcija, inducirajući elektromotornu snagu (emf) u zavojnicama oko nje. Važno je napomenuti da je veličina ove inducirane emf direktno proporcionalna rotacijskoj brzini vratila s kojim je armatura spojena; što brže vrti vratilo, veća je inducirana emf.

Komutator, zajedno s štapima, igra ključnu ulogu u radu generatora. Pretvara izmjeničnu struju (AC) generiranu u zavojnicama armature u jednosmjernu struju (DC). Ova pretvorba je bitna jer omogućuje jednostavnije i konzistentnije mjerenje električnog signala. Pokretni voltmeter sa strujnim krugom se zatim koristi za mjerenje inducirane emf, pružajući kvantifikabilni izlaz koji odgovara rotacijskoj brzini vratila.

Značajno je da polaritet induciranog napona nosi važne informacije. Određuje smjer gibanja vratila. Na primjer, pozitivan polaritet može ukazivati na kretanje u smjeru kazaljke na satu, dok bi negativan polaritet mogao označavati kretanje suprotno smjeru kazaljke na satu. Za zaštitu voltmetera i osiguranje točnih mjerenja, otpor je spojen serijski s njim. Ovaj otpornik ograničava protok potencijalno visokog struja generiranog u armaturi, sprečavajući oštećenje mjernog uređaja i održavajući integritet procesa mjerenja.

EMF inducirana u DC generatoru takometra može se izraziti sljedećom formulom:

Gdje, E – generirani napon
Φ – fluks po polju u Weberima
P – broj polova
N – brzina u obrtima po minuti
Z – broj vodnika u zavojnicama armature.
a – broj paralelnih putova u zavojnicama armature.

Prednosti i nedostaci DC generatora takometra i uvod u AC generator takometra
Prednosti DC generatora takometra

DC generator takometra nudi nekoliko značajnih prednosti, koje su navedene u nastavku:

• Pokazatelj smjera rotacije vratila: Polaritet induciranih napona služi kao jasan pokazatelj smjera rotacije vratila. Ova značajka pruža vrijedne informacije o rotacijskim dinamikama mjerenog stroja, omogućujući operaterima da bolje nadgledaju i upravljaju sustavom.

• Korištenje standardnog voltmetera: Standardni DC tip voltmetera može se koristiti za mjerenje induciranog napona. Ova jednostavnost u opremi za mjerenje smanjuje složenost i trošak postavljanja sustava mjerenja, čineći ga dostupnim i lako upotrijebivim za širok spektar primjena.

Nedostaci DC generatora takometra

Iznoseći njegove prednosti, DC generator takometra također ima određene nedostatke koji moraju biti uzeti u obzir:

• Zahtjevi za održavanjem: Komutator i štapi, koji su ključne komponente za pretvaranje izmjenične struje generirane u armaturi u jednosmjernu struju, zahtijevaju periodično održavanje. S vremenom, ove komponente mogu doživjeti slijed i oštećenje zbog mehaničkog trenja i električnog lukovanja, što dovodi do smanjenja performansi i potencijalnih oštećenja ako se ne održavaju pravilno.

• Problemi s izlaznim i ulaznim otporom: Izlazni otpor DC generatora takometra je obično veći u usporedbi s ulaznim otporom. U situacijama gdje se veliki struja inducira u vodniku armature, to može dovesti do distorzije konstantnog magnetskog polja trajnog magneta. Takva distorzija može dovesti do netočnosti u mjerenju inducirane emf i, posljedično, grešaka u određivanju rotacijske brzine vratila.

AC generator takometra

Ovisnost DC generatora takometra o komutatorima i štapima dovodi do nekoliko ograničenja. Da bi se ti problemi riješili, razvijen je AC generator takometra. AC generator takometra ima statičku armaturu i rotirajuće magnetsko polje. Ovaj dizajn eliminira potrebu za komutatorima i štapima, prevladavajući mnoge probleme vezane uz održavanje i performanse DC takometara.

Kako rotirajuće magnetsko polje interagira s statičkim zavojnicama statora, inducirana je elektromotorna snaga (EMF). Amplituda i frekvencija inducirane EMF-a direktno su povezane s brzinom vratila. Ova veza omogućuje mjerenje kutne brzine analizom amplituda ili frekvencije induciranog električnog signala.

Sljedeći sklop se koristi za mjerenje brzine rotor