전기 타코미터
타코미터의 정의와 유형
정의
타코미터는 연결된 기계의 회전 속도나 각속도를 측정하는 장치입니다. 이 장치의 작동 원리는 연결된 기기의 자석 필드와 샤프트 사이의 상대적인 움직임에 근거합니다. 샤프트가 회전할 때, 이러한 상대적인 움직임은 영구자석의 일정한 자기장 내에 배치된 코일에서 전동력을 유도합니다. 유도된 전동력의 크기는 샤프트의 회전 속도와 직접적으로 비례하므로, 기기의 속도를 측정할 수 있습니다.
타코미터의 유형
타코미터는 크게 기계식과 전기식 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다.
기계식 타코미터: 이 타입의 타코미터는 샤프트의 속도를 분당 회전수(RPM)로 측정합니다. 기계식 링크와 캐리브레이트된 다이얼 위의 포인터를 통해 회전 속도를 직접적으로 기계적으로 표시합니다.
전기식 타코미터: 전기식 타코미터는 각속도를 전기 전압으로 변환합니다. 기계식 타코미터와 비교하여, 전기식 타코미터는 더 높은 정확도, 전자 제어 시스템과의 간편한 통합, 그리고 더 긴 거리에서 속도 정보를 전송할 수 있는 등의 여러 장점이 있습니다. 따라서, 샤프트의 회전 속도를 측정하는 데 널리 사용됩니다. 유도된 전압의 성질에 따라, 전기식 타코미터는 다음과 같이 두 가지 하위 유형으로 나눌 수 있습니다:
AC 타코미터 발전기
DC 타코미터 발전기
DC 타코미터 발전기
DC 타코미터 발전기는 영구자석, 아머처, 커뮤테이터, 브러시, 가변 저항, 그리고 이동 코일 볼트미터 등 여러 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 기기의 샤프트를 DC 타코미터 발전기의 샤프트와 결합하여 기기의 속도를 측정합니다.
DC 타코미터 발전기의 작동 원리는 전자기 유도에 근거합니다. 폐쇄회로 도체가 자기장 내에서 움직일 때, 도체에 전동력이 유도됩니다. 유도된 전동력의 크기는 도체와 연결된 자기 플럭스량과 샤프트의 회전 속도에 의해 결정됩니다. 샤프트가 회전할 때, DC 타코미터 발전기 내의 아머처는 영구자석의 자기장 내에서 움직이며, 샤프트의 속도와 비례하는 전동력을 생성합니다. 이 유도된 전동력은 커뮤테이터와 브러시를 통해 DC 전압으로 변환되며, 이동 코일 볼트미터로 측정하거나 다양한 응용을 위해 전자 회로로 처리됩니다.
DC 타코미터 발전기의 작동 및 기능
DC 타코미터 발전기에서는 아머처가 영구자석의 일정한 자기장 내에서 회전합니다. 아머처가 회전할 때, 전자기 유도가 발생하여 아머처에 감겨진 코일에 전동력(emf)이 유도됩니다. 유도된 emf의 크기는 아머처가 결합된 샤프트의 회전 속도와 직접적으로 비례합니다. 샤프트가 더 빠르게 회전할수록 유도된 emf가 더 큽니다.
커뮤테이터와 브러시는 발전기의 작동에서 중요한 역할을 합니다. 아머처 코일에서 생성된 교류(AC)를 직류(DC)로 변환합니다. 이 변환은 전기 신호의 보다 단순하고 일관된 측정을 가능하게 합니다. 유도된 emf는 이동 코일 볼트미터를 사용하여 측정되며, 샤프트의 회전 속도에 해당하는 양화된 출력을 제공합니다.
유도된 전압의 극성은 중요한 정보를 제공합니다. 샤프트의 회전 방향을 결정합니다. 예를 들어, 양극성은 시계 방향 회전을, 음극성은 반시계 방향 회전을 나타낼 수 있습니다. 볼트미터를 보호하고 정확한 측정을 위해, 볼트미터와 직렬로 저항이 연결됩니다. 이 저항은 아머처에서 생성되는 잠재적으로 높은 전류의 흐름을 제한하여 측정 장치의 손상을 방지하고 측정 과정의 무결성을 유지합니다.
DC 타코미터 발전기에서 유도된 emf는 다음 공식으로 표현할 수 있습니다:
여기서, E – 생성된 전압
Φ – 폴 당 플럭스(Weber)
P – 폴의 수
N – 분당 회전수
Z – 아머처 와인딩의 도체 수
a – 아머처 와인딩의 병렬 경로 수
DC 타코미터 발전기의 장단점과 AC 타코미터 발전기 소개
DC 타코미터 발전기의 장점
DC 타코미터 발전기는 다음과 같은 주요 장점을 제공합니다:
DC 타코미터 발전기의 단점
그럼에도 불구하고, DC 타코미터 발전기는 고려해야 할 몇 가지 단점이 있습니다:
AC 타코미터 발전기
DC 타코미터 발전기의 커뮤테이터와 브러시에 의존하는 구조는 여러 제약 사항을 야기합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 AC 타코미터 발전기가 개발되었습니다. AC 타코미터 발전기는 정지된 아머처와 회전하는 자기장을 특징으로 합니다. 이 설계는 커뮤테이터와 브러시의 필요성을 없애고, DC 타코미터와 관련된 유지 관리 및 성능 문제를 해결합니다.
회전하는 자기장이 정지된 스태터 코일과 상호작용할 때, 전동력(EMF)이 유도됩니다. 유도된 EMF의 진폭과 주파수는 샤프트의 속도와 직접적으로 관련되어 있습니다. 이러한 관계를 통해, 유도된 전기 신호의 진폭 또는 주파수를 분석하여 각속도를 측정할 수 있습니다.
다음 회로는 유도된 전압의 진폭에 초점을 맞추어 로터의 속도를 측정하는 데 사용됩니다. 먼저, 유도된 전압은 교류에서 직류로 변환되도록 정류됩니다. 그 후, 정류된 전압은 캐패시터 필터를 통해 패키지가 부드럽게 되어, 샤프트의 회전 속도와 관련된 유도된 전압 진폭을 보다 안정적이고 정확하게 측정할 수 있게 됩니다.
드래그컵 로터 AC 발전기
아래 그림은 드래그컵 타입의 A.C 타코미터를 보여줍니다.
AC 타코미터 발전기의 구조 및 특성
AC 타코미터 발전기의 스태터에는 참조 와인딩과 쿼드라처 와인딩이라는 두 가지 독특한 와인딩이 장착되어 있습니다. 이 와인딩들은 서로 90도 각도로 위치하며, 이는 발전기의 정확한 작동을 위한 설계의 핵심 요소입니다. 타코미터의 로터는 얇은 알루미늄 컵으로 만들어져 있으며, 필드 구조 내부에 위치합니다.
높은 유도성 재료로 제작된 로터는 낮은 관성으로, 회전 속도 변화에 빠르게 반응할 수 있습니다. 참조 와인딩에 전기 입력이 공급되고, 출력 신호는 쿼드라처 와인딩에서 검출됩니다. 로터가 자기장 내에서 회전할 때, 감지(쿼드라처) 와인딩에 전압이 유도됩니다. 이 유도된 전압의 크기는 로터의 회전 속도와 직접적으로 비례하여, 각속도를 측정하는 신뢰성 있는 메커니즘을 제공합니다.
장점
리플 없는 출력: 드래그컵 타코발전기는 리플이 없는 출력 전압을 생성합니다. 이 매끄러운 출력은 보다 정확하고 일관된 속도 측정을 보장하여, 정밀한 속도 모니터링이 필요한 응용 분야에 적합합니다.
비용 효율성: 또 다른 중요한 장점은 상대적으로 낮은 비용입니다. 이 경제성은 드래그컵 타코발전기를 다양한 응용 분야에서 특히 비용 효율성이 중요한 경우에는 매력적인 옵션으로 만들며, 기본 기능을 희생하지 않고도 이를 제공합니다.
단점
그러나, 드래그컵 타코발전기는 주목할 만한 한계가 있습니다. 로터가 고속으로 회전할 때, 출력 전압과 입력 속도 사이에 비선형 관계가 나타납니다. 이 비선형성은 적절히 고려되지 않으면 속도 측정에서 부정확함을 초래할 수 있으며, 특히 고속 및 매우 정밀한 회전 속도 측정이 필요한 시나리오에서 발전기의 사용을 제한할 수 있습니다.
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