Elektromos tacsi

Tachométerek definíciója és típusai

Definíció

A tachométer olyan eszköz, amely a hozzá kapcsolt gép forgási sebességét vagy szögsebességét méri. Működési elvét a mágneses mező és a kapcsolódó berendezés tengelye közötti relatív mozgás alapján határozzák meg. Ahogy a tengely forog, ez a relatív mozgás elektromos erőt (EMF) indukál egy állandó mágneses mezőben helyezett tekercsben. Az indukált EMF nagysága arányos a tengely forgási sebességével, ezzel lehetővé téve a gép sebességének mérését.

Tachométerek típusai

A tachométerek két fő kategóriába oszthatók: mechanikus és elektromos.

• Mechanikus tachométer: Ez a tachométer típusa a tengely sebességét percenkénti fordulatokban (RPM) méri. Mechanikusan adja meg a forgási sebességet, gyakran egy mechanikai csatlakozással és egy kalibrált skálán lévő mutatóval.

• Elektromos tachométer: Az elektromos tachométer a szögsebességet elektromos feszültséggé alakítja. Az elektromos tachométerek a mechanikus tachométerekkel szemben több előnyt is kínálnak, mint például a magasabb pontosság, könnyebb integrálhatóság az elektronikus irányító rendszerekkel, valamint a sebességi információ tovább távoli továbbítása. Így széles körben használják a tengelyek forgási sebességének mérésére. Az indukált feszültség természetétől függően az elektromos tachométereket tovább bontják két résztípusra:

• AC tachogenerátor

• DC tachogenerátor

DC tachogenerátor

A DC tachogenerátor több kulcsfontosságú komponensből áll: állandómágnes, armatúra, kommutátor, kefe, változó ellenállás és mozduló tekercsfeszültségmérő. A gép sebességének méréséhez a gép tengelyét a DC tachogenerátor tengelyével kötik össze.

A DC tachogenerátor működési elve az elektromos indukció alapján nyugszik. Amikor egy zárt hurok vezető forog egy mágneses mezőben, a vezetőben indukálódik egy EMF. Az indukált EMF nagysága két tényezőtől függ: a vezetővel összekapcsolt mágneses flukusszám és a tengely forgási sebessége. Ahogy a tengely forog, a DC tachogenerátor armatúrája a mágneses mezőben forog, ami egy EMF-t generál, ami arányos a tengely sebességével. Ez az indukált EMF a kommutátor és a kefék révén DC feszültséggé alakul, amit a mozduló tekercsfeszültségmérő vagy további elektromos áramkörök segítségével különböző alkalmazásokban mérik.

DC tachogenerátor működése és funkciója

A DC tachogenerátorban az armatúra forog az állandómágnes állandó mágneses mezőjében. Ahogy az armatúra forog, elektromos indukció történik, ami EMF-t indukál a rajta levő tekercsekben. Fontos, hogy az indukált EMF nagysága arányos a tengely forgási sebességével, amire az armatúra rögzítve van; minél gyorsabban forog a tengely, annál nagyobb az indukált EMF.

A kommutátor, a kefékkel együtt, létfontosságú szerepet játszik a generátor működésében. Az armatúratekercsekben generált váltóáramot (AC) átalakítja egyenes árammá (DC). Ez a konverzió létfontosságú, mert egyszerűbb és konzisztensebbé teszi a mérési jelet. A mozduló tekercsfeszültségmérő segítségével mérik az indukált EMF-t, ami kvantitatív kimenetet ad, ami a tengely forgási sebességéhez tartozik.

Fontos, hogy az indukált feszültség polaritása jelentős információt hordoz. Meghatározza a tengely forgásának irányát. Például, a pozitív polaritás óramutatóval megegyező irányt, míg a negatív polaritás óramutatóval ellentétes irányt jelölhet. A feszültségmérő védelmére és a pontos mérések biztosítására sorban kapcsolnak be egy ellenállást. Ez az ellenállás korlátozza a potenciálisan nagy áramot, amit az armatúra generál, így megelőzi a mérőberendezés sérülését, és megtartja a mérés integritását.

Az indukált EMF a DC tachogenerátorban a következő képlettel fejezhető ki:

Ahol, E – generált feszültség
Φ – pólusonkénti flukus Weberben
P - pólusok száma
N – sebesség percenkénti fordulatokban
Z – a vezetők száma az armatúratekercsen
a – párhuzamos útvonalak száma az armatúratekercsen.

DC tachogenerátor előnyei és hátrányai, valamint AC tachogenerátor bemutatása
DC tachogenerátor előnyei

A DC tachogenerátor több jelentős előnyt is kínál, amelyek a következők:

• Tengely forgásának irányának jelelése: Az indukált feszültség polaritása világos jelelését adja a tengely forgásának irányáról. Ez a jellemző értékes információt ad a gép forgási dinamikájáról, lehetővé téve a műveletvezetők számára, hogy hatékonyabban figyeljenek és irányítsák a rendszert.

• Szabványos feszültségmérő használata: Szabványos DC típusú feszültségmérőt lehet használni az indukált feszültség mérésére. Ez a mérőeszköz egyszerűsége csökkenti a mérőrendszer beállításával járó összetettséget és költséget, ami a rendszert elérhetővé és könnyen használhatóvá teszi széles körben.

DC tachogenerátor hátrányai

Bár vannak előnyei, a DC tachogenerátornak bizonyos hátrányai is vannak, amelyeket figyelembe kell venni:

• Karbantartási igény: A kommutátor és a kefe, amelyek szükségesek a generált váltóáram átalakításához egyenes árammá, időnkénti karbantartást igényelnek. Idővel ezek a komponensek viszonylag gyorsan elhasználódnak a mechanikai súrlódás és az elektromos ívhatás miatt, ami csökkentheti a teljesítményt, és lehetséges hibákat okozhat, ha nincs megfelelően fenntartva.

• Kimeneti és bejövő ellenállás problémái: A DC tachogenerátor kimeneti ellenállása általában magasabb, mint a bejövő ellenállása. Olyan esetekben, amikor nagy áram indukálódik az armatúratekercsben, ez torzíthatja az állandómágnes állandó mágneses mezőjét. Ez a torzulás hibákat okozhat az indukált EMF mérésében, és emiatt a tengely forgási sebességének meghatározásában is.

AC tachogenerátor

A DC tachogenerátor kommutátorokra és kefeekre való függősége több korlátozást is eredményez. Ezeknek a problémáknak orvoslása érdekében fejlesztették ki az AC tachogenerátort. Az AC tachogenerátor egy álló armatúrával és egy forgó mágneses mezővel rendelkezik. Ez a tervezés kivonja a kommutátort és a kefeeket, így feloldja a DC tachogenerátorok karbantartási és teljesítménybeli problémáit.

Ahogy a forgó mágneses mező interakcióba lép a stator álló tekercseiivel, elektromos erő (EMF) indukálódik. Az indukált EMF amplitúdusa és frekvenciája közvetlenül arányos a tengely sebességével. Ez a kapcsolat lehetővé teszi a szögsebesség mérését, a feszültség amplitúdusa vagy frekvenciájának elemzésével.

A következő áramkör használható a rotor sebességének mérésére, az indukált feszültség amplitúdusának vizsgálata révén. Először, az indukált feszültségeket rectifikálják, hogy átadják őket váltóáramról egyenes áramra. Ezután a rectifikált feszültségeket egy kondenzátor szűrőn átvezetik, ami hatékonyan simítja a rectifikált feszültség hullámformájának rippljeit, így stabilitást és pontosabb mérést biztosítva az indukált feszültség amplitúdusával kapcsolatban a tengely forgási sebességére vonatkozóan.

Lovagcsoport típusú AC generátor
A lovagcsoport típusú AC tachogenerátor látható az alábbi ábrán.

• AC tachogenerátor szerkezete és jellemzői
  Az AC tachogenerátor statorának két különböző tekercse van: a referencia tekercs és a kvadratúrus tekercs. Ezek a tekercsek 90 fokonként vannak elhelyezve egymáshoz képest, ami a generátor pontos működésének kulcsfontosságú aspektusa. A tachogenerátor rotorja egy vékony alumínium csoportból készült, és a mágneses mező struktúrában helyezkedik el.
  A rotor, amely nagyon induktív anyagból készült, alacsony inertiával rendelkezik, ami gyors reakciót tesz lehetővé a forgási sebesség változásaira. Elektromos bemenetet adnak a referencia tekercsre, míg a kimeneti jel a kvadratúrus tekercsről kerül leolvasásra. Ahogy a rotor forog a mágneses mezőben, indukál egy feszültséget a mérő (kvadratúrus) tekercsben. Az indukált feszültség nagysága közvetlenül arányos a rotor forgási sebességével, így megbízható mechanizmust biztosít a szögsebesség mérésére.
  Előnyök
  Riplingmentes kimenet: A lovagcsoport tachogenerátor jellegzetes tulajdonsága, hogy a kimeneti feszültség riplingmentes. Ez a sima kimenet biztosítja a pontosabb és konzisztensebb sebességmérést, ami különösen alkalmas arra, ahol a pontos sebességfigyelés fontos.
  Költséghatékony: Egy másik jelentős előny a viszonylag alacsony költsége. Ez a megfelelő alapfunkciók fenntartása mellett a lovagcsoport tachogenerátort sokféle alkalmazásban használhatóvá teszi, különösen ott, ahol a költséghatékonyság prioritás.
  Hátrány
  Ugyanakkor, a lovagcsoport tachogenerátor jelentős korlátozása, hogy a rotor magas sebességen forgása esetén nemlineáris kapcsolat alakul ki a kimeneti feszültség és a bemeneti sebesség között. Ez a nemlinearitás, ha nem veszik figyelembe, hibákat okozhat a sebességmérésben, ami korlátozhatja a generátor használatát olyan esetekben, ahol magas sebességű és nagyon pontos forgási sebességmérést igényelnek.