Električni takometer

Definicija in vrste tacometrov

Definicija

Tacometer je naprava, ki se uporablja za merjenje vrtljajne hitrosti ali kota hitrosti stroja, na katerega je povezan. Njegovo delovanje temelji na principu relativnega gibanja med magnetnim poljem in vratom povezanega stroja. Ko se vrtenec vrti, to relativno gibanje inducira elektromotorni napor (EMF) v čevlju, postavljenem znotraj konstantnega magnetnega polja stalnega magneta. Velikost induciranega EMF-ja je neposredno sorazmerna s hitrostjo vrtenja vratca, kar omogoča merjenje hitrosti stroja.

Vrste tacometrov

Tacometre lahko splošno razdelimo na dve kategoriji: mehanske in električne.

• Mehanski tacometer: Ta vrsta tacometra meri hitrost vrtenca v okviri obratov na minuto (Obr/min). Ponuja neposredni mehanski kazalec vrtljajne hitrosti, pogosto preko mehanske vezave in kazalca na kalibriranem števecu.

• Električni tacometer: Električni tacometer pretvori kotno hitrost v električni napon. V primerjavi z mehanskimi tacometri ponujajo električni tacometri več prednosti, kot so višja natančnost, lažja integracija z elektronskimi nadzornimi sistemi in možnost prenosa informacij o hitrosti na daljše razdalje. Zaradi tega so široko uporabljani za merjenje vrtljajne hitrosti vratov. Glede na naravo induciranega napona se električni tacometri lahko dodatno razdelijo na dve podvrsti:

• Napetostni generator AC tacometra

• Napetostni generator DC tacometra

Napetostni generator DC tacometra

Napetostni generator DC tacometra vključuje več ključnih komponent: stalni magnet, armatur, komutator, cepice, spremenljiv upor in premičen - čevlji voltmeter. Za merjenje hitrosti stroja je njegov vrtec povezan z vratcem napetostnega generatorja DC tacometra.

Delovanje napetostnega generatorja DC tacometra temelji na elektromagnetski indukciji. Ko se zaprti vodnik giblje znotraj magnetnega polja, se v vodniku inducira EMF. Velikost induciranega EMF-ja je določena z dvema faktorjema: z količino magnetnega toka, povezanega s vodnikom, in hitrostjo vrtenja vratca. Ko se vrtec vrti, se armatura znotraj napetostnega generatorja DC tacometra giblje skozi magnetno polje stalnega magneta, generira EMF, ki je sorazmeren s hitrostjo vratca. Ta induciran EMF se nato pretvori v napetost DC s komutatorjem in cepicami, ki jo lahko meritve premičen - čevlji voltmeter ali nadaljnje obdelajo elektronski krugovi za različne namene.

Delovanje in funkcionalnost napetostnega generatorja DC tacometra

V napetostnem generatorju DC tacometra se armatura vrti znotraj nespremenljivega magnetnega polja stalnega magneta. Ko se armatura vrti, poteka elektromagnetska indukcija, ki inducira elektromotorni napor (EMF) v čevljih, ovitih okoli nje. Značilno je, da je velikost tega induciranega EMF-ja neposredno sorazmerna s hitrostjo vrtenja vratca, na katerega je armatura povezana; čim hitreje vrtec vrte, večji je induciran EMF.

Komitator, skupaj s cepicami, igra ključno vlogo pri delovanju generatorja. Pretvarja izmenični tok (AC), ki se generira v čevljih armature, v enosmeren tok (DC). Ta pretvorba je pomembna, ker omogoča bolj preprosto in konzistentno merjenje električnega signala. Premičen - čevlji voltmeter se nato uporablja za merjenje induciranega EMF-ja, ki zagotavlja kvantificirano izhodno, ki ustreza hitrosti vrtenja vratca.

Opomba, polarnost induciranega napona nosi pomembne informacije. Določa smer gibanja vratca. Na primer, pozitivna polarnost bi lahko naznačevala vrtenje v nasprotni smeri urinega kazalca, medtem ko negativna polarnost bi lahko naznačevala vrtenje v smeri urinega kazalca. Za zaščito voltmeterja in zagotavljanje natančnih meritev je v seriji z njim povezan upor. Ta upor omejuje pretok potencialno visokih tokov, generiranih v armaturi, preprečuje poškodbe meritvene naprave in ohranja celostnost procesa merjenja.

EMF, induciran v napetostnem generatorju DC tacometra, se lahko izrazi z naslednjo formulo:

Kjer, E – generiran napon
Φ – tok na pola v Weberjih
P – število polov
N – hitrost v obratih na minuto
Z – število vodnikov v čevljih armature.
a – število vzporednih poti v čevljih armature.

Prednosti in slabosti napetostnega generatorja DC tacometra in vpeljava napetostnega generatorja AC tacometra
Prednosti napetostnega generatorja DC tacometra

Napetostni generator DC tacometra ponuja več značilnih prednosti, ki so opisane spodaj:

• Kazanje smeri vrtenja vratca: Polarnost induciranih naponov služi kot jasen kazalec smeri vrtenja vratca. Ta značilnost prinaša dragocene informacije o rotacijski dinamiki merjenega stroja, omogoča operaterjem, da bolje spremljajo in nadzorujejo sistem.

• Uporaba navadnega voltmeterja: Navadni DC tip voltmeterja se lahko uporablja za merjenje induciranega napona. Ta preprostost merilne opreme zmanjša kompleksnost in stroške, povezane z namestitvijo merilnega sistema, kar ga čini dostopnega in enostavnega za uporabo v širokem spektru aplikacij.

Slabosti napetostnega generatorja DC tacometra

Čeprav ima napetostni generator DC tacometra prednosti, ima tudi določene pomanjkljivosti, ki jih je treba upoštevati:

• Zahteve glede vzdrževanja: Komutator in cepice, ki so ključne komponente za pretvarjanje izmeničnega toka, generiranega v armaturi, v enosmeren tok, zahtevata redno vzdrževanje. S časom lahko te komponente izgube svojo zmogljivost zaradi mehanske trenje in električnega luknjanja, kar vodi do zmanjšane zmogljivosti in potencialnih odpovedi, če se ne vzdržujejo pravilno.

• Težave z odporom na izhodu in vhodu: Odpor na izhodu napetostnega generatorja DC je običajno višji v primerjavi s stopnjo vnosa. V situacijah, kjer se v armaturi inducira velik tok, to lahko povzroči deformacijo konstantnega magnetnega polja stalnega magneta. Takšna deformacija lahko vodi do natančnosti merjenja induciranega EMF-ja in, posledično, do napak pri določanju hitrosti vrtenja vratca.

Napetostni generator AC tacometra

Odvisnost napetostnega generatorja DC tacometra od komutatorjev in cepic prinaša več omejitev. Za reševanje teh problemov je bil razvit napetostni generator AC tacometra. Napetostni generator AC tacometra ima stacionarno armaturo in vrtečo se magnetno polje. Ta dizajn odpravi potrebo po komutatorjih in cepicah, s tem preseže mnoge probleme z vzdrževanjem in zmogljivostjo, povezane z DC tacometri.

Ko se vrtečo se magnetno polje dotika stacionarnih čevljev statorja, se inducira elektromotorni napon (EMF). Amplituda in frekvenca induciranega EMF-ja sta neposredno povezani s hitrostjo vratca. Ta povezava omogoča merjenje kotne hitrosti tako, da se analizira amplituda ali frekvenca induciranega električnega signala.

Slednji krug se uporablja za merjenje hitrosti rotorja, osredotočen na amplitudo induciranega napona. Najprej se inducirani naponi preravljajo, da se pretvorijo iz izmeničnega toka v enosmeren tok. Nato se preravljani naponi prevedejo skozi kondenzatorski filter, ki učinkovito gladkosti valovne oblike preravljanih naponov, kar zagotavlja bolj stabilno in natančno merjenje amplitude induciranega napona, povezanega s hitrostjo vrtenja vratca.

Generator AC tacometra z drsnim pokrovom
Generator AC tacometra z drsnim pokrovom je prikazan na spodnji sliki.

• Struktura in značilnosti generatorja AC tacometra
  Stator generatorja AC tacometra je opremljen z dvema različnima čevlji: referenčnim čevlji in kvadraturnim čevlji. Ti čevlji sta postavljeni pod kotom 90 stopinj drug proti drugemu, kar je ključni vidik dizajna generatorja za natančno delovanje. Rotor tacometra je izdelan iz tanka aluminija in se nahaja znotraj magnetske strukture.
  Izgraden iz zelo induktivnega materiala, ima rotor nizko inercijo, kar mu omogoča, da hitro odziva na spremembe v hitrosti vrtenja. Električni vhod je zagotovljen referenčnemu čevlju, medtem ko je izhodni signal pridobljen iz kvadraturnega čevlja. Ko se rotor vrti znotraj magnetnega polja, inducira napetost v čuvaju (kvadraturni čevlji). Velikost te inducirane napetosti je neposredno sorazmerna s hitrostjo vrtenja rotorja, kar ustvarja zanesljivo mehanizem za merjenje kotne hitrosti.
  Prednosti
  Izhod brez valov: Generator AC tacometra z drsnim pokrovom je znan po tem, da proizvaja izhodni napon, ki je brez valov. Ta gladki izhod zagotavlja bolj natančna in konzistentna merjenja hitrosti, kar ga čini primernim za aplikacije, kjer je natančno spremljanje hitrosti ključno.
  Cena: Še ena značilna prednost je njegova relativno nizka cena. Ta cenovna dostopnost generatorja AC tacometra z drsnim pokrovom ga čini privlačno opcijo za širok spekter aplikacij, zlasti tistih, kjer je ceno-učinkovitost prednost, ne da bi se spustili osnovne funkcionalnosti.
  Nedostatek
  Vendar pa ima generator AC tacometra z drsnim pokrovom značilen nedostatek. Ko se rotor vrti z visokimi hitrostmi, nastane nelinearna povezava med izhodno napetostjo in vhodno hitrostjo. Ta nelinearnost lahko vodi do netočnosti pri merjenju hitrosti, če se ne upošteva, kar lahko omejuje uporabo generatorja v scenarijih, ki zahtevajo visoke hitrosti in zelo natančno merjenje kotne hitrosti.