Tachymetrum Electricum

Definitio et Typi Tachometrorum

Definitio

Tachometrum est instrumentum ad mensurandum velocitatem rotationalem vel celeritatem angularem machinae cui coniungitur. Operatio eius fundatur in principio motus relativi inter campum magneticum et arborem dispositivi coniuncti. Cum arbor rotat, hic motus relativus inducit fortem electromotivam (FEM) in spira posita intra campum magneticum constantem magneti permanentis. Magnitudo FEM inducendae directe proportionalis est celeritati rotationali arbore, quod permittit mensurare celeritatem machinae.

Typi Tachometrorum

Tachometra in duas categorias latius classificari possunt: mechanica et electria.

• Tachometrum Mechanicum: Huiusmodi tachometrum mensurat celeritatem arbore per revolutiones per minutum (RPM). Praebet indicationem mechanicam directam celeritatis rotationalis, saepe per ligamentum mechanicum et indicatorem in disco calibrato.

• Tachometrum Electrum: Tachometrum electrum convertit celeritatem angularem in tensionem electricam. Comparatum cum tachometris mechanicis, tachometra electria offerunt plura beneficia, sicut accuratiora, facilius integrabilia cum systemibus controlis electronicis, et capacitas transmittendi informationem de celeritate super longiores distancias. Propter haec, late usantur ad mensurandam celeritatem rotationalem arbore. Secundum naturam tensionis inducendae, tachometra electria ulterius dividuntur in duos subtypi:

• Generator Tachometri AC

• Generator Tachometri DC

Generator Tachometri DC

Generator tachometri DC constat ex pluribus componentibus clavibus: magnete permanente, armatura, commutatore, penicillis, resistente variabili, et voltmetro spira mobilis. Ad mensurandam celeritatem machinae, arbor eius coniungitur cum arbore generatoris tachometri DC.

Principium operativum generatoris tachometri DC fundatur in inductione electromagnetica. Quando conductor clausus movetur intra campum magneticum, FEM inducitur in conductore. Magnitudo FEM inducendae determinatur per duos factores: quantitatem fluxus magnetici cum conductore conjuncti et celeritatem rotationalem arbore. Cum arbor rotat, armatura intra generator tachometri DC movetur per campum magneticum magneti permanentis, generans FEM proportionalem celeritati arbore. Haec FEM inducenda tunc convertitur in tensionem DC per commutatorem et penicillos, quae potest mensurari per voltmeter spira mobilis aut ulterius processari per circuitus electronicos pro variis applicationibus.

Operatio et Functionamento Generatoris Tachometri DC

In generator tachometri DC, armatura rotat intra campum magneticum immutabile magneti permanentis. Cum armatura revolvitur, inducitur fortem electromotiva (FEM) in spiris circumactis. Notabiliter, magnitudo huius FEM inducendae directe proportionalis est celeritati rotationali arbore cui armatura coniungitur; quanto celerius arbor vertitur, tanto maior FEM inducitur.

Commutator, in conjunctione cum penicillis, iocum crucialem agit in operatione generatoris. Convertit currentem alternantem (AC) generatum in spiris armaturae in currentem directum (DC). Haec conversio essentiaria est, quia permittit mensuram electricam simpliciorem et consistentiorem. Voltmeter spira mobilis tunc utitur ad mensurandam FEM inducendam, praebens output quantificabilem qui correspondet celeritati rotationali arbore.

Notabiliter, polaritas tensionis inducendae portat informationem importantem. Determinat directionem motus arbore. Exempli gratia, polaritas positiva potest indicare rotationem dextrorsum, dum polaritas negativa potest significare rotationem sinistrorsum. Ad tutelam voltmeter et ad assecurandam mensuram accuratam, resistentia in serie cum eo connectitur. Hic resistor limitat fluxum potentialis alti currentis generati ab armatura, praeventans damnum ad apparatum mensurandi et conservans integritatem processus mensurationis.

FEM inducenda in generator tachometri DC exprimi potest per sequentem formulam:

Ubi, E – tensio generata
Φ – fluxus per polos in Weber
P – numerus polorum
N – celeritas in revolutionibus per minuta
Z – numerus conductorum in spiris armaturae.
a – numerus viarum parallelarum in spiris armaturae.

Advantages and Disadvantages of DC Tachometer Generator and Introduction to AC Tachometer Generator
Vantaggi del Generatore Tachimetro CC

Il generatore tachimetro CC offre diversi vantaggi notevoli, che sono elencati di seguito:

• Indicazione della Direzione di Rotazione dell'Albero: La polarità delle tensioni indotte serve come chiaro indicatore della direzione di rotazione dell'asse. Questa caratteristica fornisce informazioni preziose sulla dinamica rotazionale della macchina misurata, consentendo agli operatori di monitorare e controllare il sistema più efficacemente.

• Utilizzo di un Voltmetro Convenzionale: Un voltmetro di tipo CC convenzionale può essere utilizzato per misurare la tensione indotta. Questa semplicità nell'equipaggiamento di misurazione riduce la complessità e il costo associati all'impostazione del sistema di misurazione, rendendolo accessibile e facile da usare per una vasta gamma di applicazioni.

Svantaggi del Generatore Tachimetro CC

Nonostante i suoi vantaggi, il generatore tachimetro CC presenta anche alcuni svantaggi che devono essere considerati:

• Requisiti di Manutenzione: Il commutatore e le spazzole, che sono componenti essenziali per convertire la corrente alternata generata nell'armatura in corrente continua, richiedono manutenzione periodica. Nel tempo, questi componenti possono subire usura e deterioramento a causa dell'attrito meccanico e dell'arco elettrico, portando a una riduzione delle prestazioni e a potenziali guasti se non mantenuti correttamente.

• Problemi di Resistenza in Uscita e in Ingresso: La resistenza in uscita del tachimetro CC è generalmente più alta rispetto alla resistenza in ingresso. In situazioni in cui viene indotta una corrente elevata nel conduttore dell'armatura, ciò può causare la distorsione del campo magnetico costante del magnete permanente. Tale distorsione può portare a inesattezze nella misurazione della FEM indotta e, conseguentemente, a errori nella determinazione della velocità rotazionale dell'asse.

Generatore Tachimetro CA

La dipendenza del generatore tachimetro CC dai commutatori e dalle spazzole genera diverse limitazioni. Per risolvere questi problemi, è stato sviluppato il generatore tachimetro CA. Un generatore tachimetro CA presenta un'armatura stazionaria e un campo magnetico rotante. Questo design elimina la necessità di commutatori e spazzole, superando molti dei problemi di manutenzione e prestazioni associati ai tachimetri CC.

Mentre il campo magnetico rotante interagisce con le spire stazionarie dello statore, si induce una forza elettromotrice (FEM). L'ampiezza e la frequenza della FEM indotta sono direttamente correlate alla velocità dell'asse. Questa relazione consente la misurazione della velocità angolare analizzando l'ampiezza o la frequenza del segnale elettrico indotto.

Il seguente circuito viene utilizzato per misurare la velocità del rotore concentrandosi sull'ampiezza della tensione indotta. Innanzitutto, le tensioni indotte vengono rettificate per convertirle da corrente alternata a corrente continua. Successivamente, le tensioni rettificate passano attraverso un filtro a condensatore, che effettivamente livella le risonanze nel segnale di tensione rettificato, fornendo una misurazione più stabile e accurata dell'ampiezza della tensione indotta correlata alla velocità rotazionale dell'asse.

Generatore Tachimetro CA a Coppa Trascinante
Il tachimetro CA a coppa trascinante è mostrato nella figura sottostante.

• Struttura e Caratteristiche del Generatore Tachimetro CA
  Lo statore del generatore tachimetro CA è dotato di due avvolgimenti distinti: l'avvolgimento di riferimento e l'avvolgimento quadrature. Questi avvolgimenti sono posizionati ad un angolo di 90 gradi l'uno rispetto all'altro, che è un aspetto chiave del design del generatore per un funzionamento accurato. Il rotore del tachimetro è realizzato in una coppa di alluminio sottile ed è posizionato all'interno della struttura del campo.
  Costruito con un materiale altamente induttivo, il rotore presenta bassa inerzia, permettendogli di rispondere rapidamente ai cambiamenti di velocità rotazionale. Un segnale elettrico in ingresso viene fornito all'avvolgimento di riferimento, mentre il segnale in uscita viene prelevato dall'avvolgimento quadrature. Mentre il rotore ruota all'interno del campo magnetico, induce una tensione nell'avvolgimento di rivelazione (quadrature). L'ampiezza di questa tensione indotta è direttamente proporzionale alla velocità rotazionale del rotore, stabilendo un meccanismo affidabile per la misurazione della velocità angolare.
  Vantaggi
  Uscita senza Risonanze: Il tachigeneratore a coppa trascinante è noto per produrre una tensione di uscita priva di risonanze. Questa uscita liscia assicura misurazioni di velocità più accurate e coerenti, rendendolo ben adatto per applicazioni in cui il monitoraggio preciso della velocità è cruciale.
  Costo-Efficiente: Un altro vantaggio significativo è il suo costo relativamente basso. Questa convenienza lo rende un'opzione attraente per una vasta gamma di applicazioni, specialmente quelle in cui l'efficienza economica è una priorità senza sacrificare la funzionalità di base.
  Svantaggio
  Tuttavia, il tachigeneratore a coppa trascinante ha un limite notevole. Quando il rotore gira a velocità elevate, emerge una relazione non lineare tra la tensione di uscita e la velocità di ingresso. Questa non linearità può portare a inesattezze nella misurazione della velocità se non adeguatamente considerata, potenzialmente limitando l'utilizzo del generatore in scenari che richiedono misurazioni di velocità rotazionale ad alta velocità e alta precisione.