Elektrik Tachometre

Takometrelerin Tanımı ve Türleri

Tanım

Takometre, bağlı olduğu makinenin dönme hızını veya açısal hızını ölçmek için kullanılan bir cihazdır. İşleyişi, manyetik alan ile bağlı cihazın şaftı arasındaki nisbi hareket prensibi üzerine kuruludur. Şafı dönerken, bu nisbi hareket sabit manyetik alanda yerleştirilmiş bir bobinde elektromotif kuvvet (EMK) oluşturur. Oluşan EMK'nin büyüklüğü şaftın dönme hızına orantılıdır, bu da makinenin hızının ölçülmesini sağlar.

Takometrelerin Türleri

Takometreler genel olarak iki kategoriye ayrılabilir: mekanik ve elektrikli.

• Mekanik Takometre: Bu tür takometre, şaftın hızını dakikada devir (dd) cinsinden ölçer. Dönme hızını doğrudan mekanik bir göstergeyle, genellikle kalibre edilmiş bir göstergede bir işaretçi aracılığıyla belirtir.

• Elektrikli Takometre: Elektrikli takometre, açısal hızı elektrik gerilimine dönüştürür. Mekanik takometrelere kıyasla, elektrikli takometreler daha yüksek doğruluk, elektronik kontrol sistemleriyle daha kolay entegrasyon ve hız bilgisinin daha uzun mesafeler boyunca iletilmesi gibi birçok avantaja sahiptir. Bu nedenle, şaftların dönme hızının ölçülmesinde yaygın olarak kullanılırlar. İndüklenen gerilimin doğasıya bağlı olarak, elektrikli takometreler iki alt türe ayrılabilir:

• AC Takometre Jeneratörü

• DC Takometre Jeneratörü

DC Takometre Jeneratörü

DC takometre jeneratörü, birkaç ana bileşenden oluşur: sabit manyet, armatür, komütatör, fırçalar, değişken direnç ve hareketli bobinli voltmeter. Bir makinenin hızını ölçmek için, makinenin şaftı DC takometre jeneratörünün şaftına bağlanır.

DC takometre jeneratörünün çalışma prensibi elektromanyetik indüksiyona dayanır. Kapalı döngülü bir iletken manyetik alanda hareket ederken, iletken içinde EMK indüklenir. İndüklenen EMK'nin büyüklüğü, iletkenle bağlantılı manyetik akış miktarı ve şaftın dönme hızı tarafından belirlenir. Şaf dönerken, DC takometre jeneratöründeki armatür, sabit manyetin manyetik alanında hareket ederek, şaftın hızına orantılı bir EMK üretir. Bu indüklenen EMK, komütatör ve fırçalar aracılığıyla DC gerilime dönüştürülür, bu da hareketli bobinli voltmeter veya çeşitli uygulamalar için elektronik devreler tarafından ölçülebilir veya işlenebilir.

DC Takometre Jeneratörünün Çalışma ve Fonksiyonu

Bir DC takometre jeneratöründe, armatür, sabit manyetin unchanging manyetik alanında döner. Armatür dönerken, elektromanyetik indüksiyon gerçekleşir ve onun etrafında sarılmış bobinlerde bir elektromotif kuvvet (emf) indüklenir. Bu indüklenen emf'nin büyüklüğü, armatürün bağlı olduğu şaftın dönme hızına orantılıdır; şaft ne kadar hızlı dönerse, indüklenen emf o kadar büyük olur.

Komütatör, fırçalarla birlikte, jeneratörün işlemesinde önemli bir rol oynar. Armatür bobinlerinde üretilen alternatif akımı (AC) doğrudan akıma (DC) dönüştürür. Bu dönüşüm, elektrik sinyalinin daha basit ve tutarlı bir şekilde ölçülmesini sağlar. Hareketli bobinli voltmeter, indüklenen emf'yi ölçmek için kullanılır ve şaftın dönme hızına karşılık gelen nicel bir çıktı sağlar.

Notable olarak, indüklenen voltajın kutupluluğu önemli bilgiler taşır. Şafın hareket yönünü belirler. Örneğin, pozitif kutupluluk saat yönünde dönme, negatif kutupluluk ise saat yönünün tersine dönme anlamına gelebilir. Voltmetreyi korumak ve doğru ölçüm yapmak için, ona seri bir direnç bağlanır. Bu direnç, armatür tarafından üretilen potansiyel yüksek akımı sınırlayarak ölçüm cihazının zarar görmesini önler ve ölçüm sürecinin bütünlüğünü korur.

DC takometre jeneratöründe indüklenen emf, aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

Burada, E – üretilen gerilim
Φ – Weber'de her pol için manyetik akış
P – pol sayısı
N – dakikada devir cinsinden hız
Z – armatür sarımındaki iletken sayısı
a – armatür sarımındaki paralel yolların sayısı.

DC Takometre Jeneratörünün Avantajları ve Dezavantajları ve AC Takometre Jeneratörüne Giriş
DC Takometre Jeneratörünün Avantajları

DC takometre jeneratörü, şu belirgin faydalar sunar:

• Şaf Döndürme Yönü Göstergesi: Indüklenen voltajların kutupluluğu, şaftın döndürme yönünün açık bir göstergesidir. Bu özellik, ölçüm yapılan makinenin dönme dinamiğini operatörlerin izlemesine ve sistemi daha etkili bir şekilde kontrol etmesine olanak tanır.

• Geleneksel Voltmetre Kullanımı: Geleneksel DC tipi bir voltmeter, indüklenen voltajı ölçmek için kullanılabilir. Ölçüm ekipmanının basitliği, ölçüm sisteminin kurulumuyla ilgili karmaşıklığı ve maliyeti azaltır, bu da geniş bir yelpazede kullanım için erişilebilir ve kullanımı kolay hale getirir.

DC Takometre Jeneratörünün Dezavantajları

Avantajlarına rağmen, DC takometre jeneratörü de bazı dezavantajları vardır:

• Bakım Gereksinimleri: Komütatör ve fırçalar, armatürde üretilen alternatif akımı doğrudan akıma dönüştürmek için gerekli olan temel bileşenlerdir. Zamanla, bu bileşenler mekanik sürtünme ve elektrik arkı nedeniyle aşınabilir, bu da performansın azalmasına ve düzgün bakım yapılmadığında potansiyel hatalara yol açabilir.

• Çıkış ve Giriş Direnç Sorunları: DC takometrenin çıkış direnci, giriş direncine göre genellikle daha yüksektir. Armatür iletkeninde büyük bir akım indüklenmiş olduğunda, bu durum sabit manyetin manyetik alanını bozabilir. Bu bozulma, indüklenen emf'nin ölçümünde yanlışlık ve dolayısıyla şaftın dönme hızının belirlenmesinde hatalara yol açabilir.

AC Takometre Jeneratörü

DC takometre jeneratörünün komütatör ve fırçalara bağımlılığı, birçok sınırlamaya yol açar. Bu sorunları çözmek için AC takometre jeneratörü geliştirildi. AC takometre jeneratörü, sabit bir armatür ve dönen bir manyetik alana sahiptir. Bu tasarım, komütatör ve fırçalara ihtiyaç duyulmasını ortadan kaldırır ve bu nedenle DC takometrelerle ilişkili birçok bakım ve performans sorununu aşar.

Dönen manyetik alan, statorun sabit bobinleriyle etkileşim kurduğunda, bir elektromotif kuvvet (EMF) indüklenir. İndüklenen emf'nin hem amplitüsü hem de frekansı, şaftın hızıyla doğrudan ilişkilidir. Bu ilişki, indüklenen elektrik sinyalinin amplitüsünü veya frekansını analiz ederek açısal hızın ölçülmesini sağlar.

Aşağıdaki devre, indüklenen voltajın amplitüsünü odaklayarak rotordan hızı ölçmek için kullanılır. İlk olarak, indüklenen voltajlar, alternatif akımdan doğrudan akıma dönüştürülür. Daha sonra, dikleştirmeli voltaj dalgalanmaları, dikleştirmeli voltaj dalgalanması üzerinde etkili bir şekilde yumuşatma yaparak, şaftın dönme hızıyla ilişkili indüklenen voltaj amplitüsünün daha stabil ve doğru bir ölçümünü sağlar.

Sürükleme Küp Rotorlu AC Jeneratörü
Sürükleme küp tipi A.C takometresi aşağıdaki şemada gösterilmiştir.

• AC Takometre Jeneratörünün Yapısı ve Özellikleri
  AC takometre jeneratörünün statoru, referans sarımı ve diktörtgen sarımı olmak üzere iki farklı sarıma sahiptir. Bu sarımlar, jeneratörün doğru çalışması için tasarımın önemli bir yönü olan 90 derece açıda birbirine yerleştirilmiştir. Takometrenin rotoru, ince bir alüminyum kupdan yapılmıştır ve manyetik alanda yer almaktadır.
  Yüksek endüktif bir malzemeden yapılmış olan rotor, düşük inersiyaya sahiptir, bu da dönme hızındaki değişimlere hızlı tepki vermeyi sağlar. Referans sarımına elektrik girişi sağlanırken, çıkış sinyali diktörtgen sarımdan alınır. Rotor, manyetik alanda dönerken, algılama (diktörtgen) sarımında bir voltaj indükler. Bu indüklenen voltajın büyüklüğü, rotörün dönme hızına orantılıdır, bu da açısal hızın güvenilir bir mekanizması oluşturur.
  Avantajlar
  Dalgalanma Olmayan Çıkış: Sürükleme küp tachogeneratörü, dalgalanmadan arınmış bir çıkış voltajı üretmesiyle dikkat çekicidir. Bu düzgün çıkış, daha doğru ve tutarlı hız ölçümlerini sağlar, bu da hassas hız izlemesi gereken uygulamalar için uygun hale getirir.
  Maliyet Etkin: Başka bir önemli avantaj ise, nispeten düşük maliyetidir. Bu ekonomiklik, sürüklenme küp tachogeneratörünü, maliyet etkinliğinin öncelikli olduğu ancak temel işlevsellikten ödün verilmeyen geniş bir yelpazede uygulamalar için çekici bir seçenek haline getirir.
  Dezavantaj
  Ancak, sürükleme küp tachogeneratörü, rotör yüksek hızlarda dönerken, çıkış voltajı ile giriş hızı arasında doğrusal olmayan bir ilişki ortaya çıkar. Bu doğrusallık eksikliği, düzgün hesaplanmazsa, hız ölçümünde yanlışlıklar oluşmasına neden olabilir ve bu da yüksek hız ve çok hassas dönme hızı ölçümü gerektiren senaryolarda jeneratörün kullanımını kısıtlayabilir.