Đồng hồ tốc độ điện

Định nghĩa và Loại Đồng hồ tốc độ

Định nghĩa

Đồng hồ tốc độ là thiết bị được sử dụng để đo tốc độ quay hoặc vận tốc góc của máy mà nó được kết nối. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên sự chuyển động tương đối giữa từ trường và trục của thiết bị được kết nối. Khi trục quay, sự chuyển động tương đối này tạo ra một điện thế cảm ứng (EMF) trong cuộn dây đặt trong từ trường không đổi của nam châm vĩnh cửu. Mức độ của EMF cảm ứng tỷ lệ thuận với tốc độ quay của trục, cho phép đo tốc độ của máy.

Loại Đồng hồ tốc độ

Đồng hồ tốc độ có thể được phân loại thành hai loại chính: cơ khí và điện.

• Đồng hồ tốc độ Cơ khí: Loại đồng hồ tốc độ này đo tốc độ trục theo vòng/phút (RPM). Nó cung cấp chỉ báo cơ khí trực tiếp về tốc độ quay, thường thông qua liên kết cơ khí và kim chỉ trên mặt số đã được hiệu chuẩn.

• Đồng hồ tốc độ Điện: Đồng hồ tốc độ điện chuyển đổi vận tốc góc thành điện áp điện. So với đồng hồ tốc độ cơ khí, đồng hồ tốc độ điện mang lại nhiều ưu điểm như độ chính xác cao hơn, dễ tích hợp với hệ thống điều khiển điện tử và khả năng truyền thông tin tốc độ qua khoảng cách xa. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi để đo tốc độ quay của trục. Tùy thuộc vào bản chất của điện áp cảm ứng, đồng hồ tốc độ điện có thể được phân chia thành hai loại phụ:

• Máy phát Đồng hồ tốc độ AC

• Máy phát Đồng hồ tốc độ DC

Máy phát Đồng hồ tốc độ DC

Máy phát Đồng hồ tốc độ DC bao gồm các thành phần chính: nam châm vĩnh cửu, armature, commutator, chổi than, biến trở có thể thay đổi, và voltmeter cuộn di chuyển. Để đo tốc độ của máy, trục của máy được kết nối với trục của máy phát Đồng hồ tốc độ DC.

Nguyên lý hoạt động của máy phát Đồng hồ tốc độ DC dựa trên cảm ứng điện từ. Khi một mạch đóng di chuyển trong từ trường, một EMF được cảm ứng trong mạch. Mức độ của EMF cảm ứng được xác định bởi hai yếu tố: lượng dòng từ thông liên kết với mạch và tốc độ quay của trục. Khi trục quay, armature trong máy phát Đồng hồ tốc độ DC di chuyển qua từ trường của nam châm vĩnh cửu, tạo ra một EMF tỷ lệ thuận với tốc độ của trục. EMF cảm ứng này sau đó được chuyển đổi thành điện áp DC bằng commutator và chổi than, có thể được đo bằng voltmeter cuộn di chuyển hoặc được xử lý thêm bởi các mạch điện tử cho các ứng dụng khác nhau.

Cách thức Hoạt động và Chức năng của Máy phát Đồng hồ tốc độ DC

Trong máy phát Đồng hồ tốc độ DC, armature quay trong từ trường không đổi của nam châm vĩnh cửu. Khi armature quay, cảm ứng điện từ xảy ra, tạo ra một lực điện động (emf) trong cuộn dây quấn xung quanh nó. Đặc biệt, mức độ của emf cảm ứng này tỷ lệ thuận trực tiếp với tốc độ quay của trục mà armature được kết nối; trục quay nhanh hơn, emf cảm ứng càng lớn.

Commutator, cùng với chổi than, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của máy phát. Nó chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) được tạo ra trong cuộn dây armature thành dòng điện một chiều (DC). Việc chuyển đổi này rất quan trọng vì nó cho phép đo lường tín hiệu điện một cách đơn giản và nhất quán hơn. Voltmeter cuộn di chuyển sau đó được sử dụng để đo emf cảm ứng, cung cấp đầu ra có thể đo lường tương ứng với tốc độ quay của trục.

Đáng chú ý, cực tính của điện áp cảm ứng mang thông tin quan trọng. Nó xác định hướng chuyển động của trục. Ví dụ, cực tính dương có thể chỉ hướng quay theo chiều kim đồng hồ, trong khi cực tính âm có thể chỉ hướng quay ngược chiều kim đồng hồ. Để bảo vệ voltmeter và đảm bảo đo lường chính xác, một điện trở được kết nối串联错误，我将直接继续正确的越南语翻译：

Đáng chú ý, cực tính của điện áp cảm ứng mang thông tin quan trọng. Nó xác định hướng chuyển động của trục. Ví dụ, cực tính dương có thể chỉ hướng quay theo chiều kim đồng hồ, trong khi cực tính âm có thể chỉ hướng quay ngược chiều kim đồng hồ. Để bảo vệ voltmeter và đảm bảo đo lường chính xác, một điện trở được kết nối串联错误，我将继续正确的越南语翻译：

Đáng chú ý, cực tính của điện áp cảm ứng mang thông tin quan trọng. Nó xác định hướng chuyển động của trục. Ví dụ, cực tính dương có thể chỉ hướng quay theo chiều kim đồng hồ, trong khi cực tính âm có thể chỉ hướng quay ngược chiều kim đồng hồ. Để bảo vệ voltmeter và đảm bảo đo lường chính xác, một điện trở được kết nối串联错误，我将继续正确的越南语翻译：

Đáng chú ý, cực tính của điện áp cảm ứng mang thông tin quan trọng. Nó xác định hướng chuyển động của trục. Ví dụ, cực tính dương có thể chỉ hướng quay theo chiều kim đồng hồ, trong khi cực tính âm có thể chỉ hướng quay ngược chiều kim đồng hồ. Để bảo vệ voltmeter và đảm bảo đo lường chính xác, một điện trở được kết nối series với nó. Điện trở này hạn chế dòng điện có thể lớn do armature tạo ra, ngăn ngừa hư hỏng thiết bị đo và duy trì tính toàn vẹn của quá trình đo lường.

Điện áp cảm ứng trong máy phát Đồng hồ tốc độ DC có thể được biểu diễn bằng công thức sau:

Trong đó, E – điện áp sinh ra
Φ – lượng từ thông mỗi cực (Weber)
P – số cực
N – tốc độ (vòng/phút)
Z – số dây dẫn trong cuộn armature
a – số đường song song trong cuộn armature

Ưu điểm và Nhược điểm của Máy phát Đồng hồ tốc độ DC và Giới thiệu về Máy phát Đồng hồ tốc độ AC
Ưu điểm của Máy phát Đồng hồ tốc độ DC

Máy phát Đồng hồ tốc độ DC mang lại nhiều lợi ích đáng kể, được mô tả như sau:

• Chỉ báo Hướng Quay của Trục: Cực tính của điện áp cảm ứng phục vụ như một chỉ báo rõ ràng về hướng quay của trục. Đặc điểm này cung cấp thông tin quý giá về động học quay của máy đang được đo, giúp người vận hành giám sát và kiểm soát hệ thống hiệu quả hơn.

• Sử dụng Voltmeter Thông Thường: Một voltmeter DC thông thường có thể được sử dụng để đo điện áp cảm ứng. Sự đơn giản trong thiết bị đo giảm bớt sự phức tạp và chi phí liên quan đến việc thiết lập hệ thống đo, làm cho nó dễ tiếp cận và dễ sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Nhược điểm của Máy phát Đồng hồ tốc độ DC

Dù có nhiều ưu điểm, máy phát Đồng hồ tốc độ DC cũng có một số nhược điểm cần được xem xét:

• Yêu cầu Bảo dưỡng: Commutator và chổi than, những thành phần thiết yếu để chuyển đổi dòng điện xoay chiều được tạo ra trong armature thành dòng điện một chiều, yêu cầu bảo dưỡng định kỳ. Theo thời gian, những thành phần này có thể bị mòn do ma sát cơ học và hồ quang điện, dẫn đến giảm hiệu suất và có thể gây hỏng nếu không được bảo dưỡng đúng cách.

• Vấn đề về Điện trở Đầu ra và Đầu vào: Điện trở đầu ra của máy phát Đồng hồ tốc độ DC thường cao hơn so với điện trở đầu vào. Trong tình huống có dòng điện lớn được cảm ứng trong dây dẫn armature, điều này có thể gây méo dạng từ trường không đổi của nam châm vĩnh cửu. Sự méo dạng này có thể dẫn đến sai số trong việc đo lường điện áp cảm ứng và do đó, sai số trong việc xác định tốc độ quay của trục.

Máy phát Đồng hồ tốc độ AC

Sự phụ thuộc vào commutator và chổi than của máy phát Đồng hồ tốc độ DC dẫn đến một số hạn chế. Để giải quyết những vấn đề này, máy phát Đồng hồ tốc độ AC đã được phát triển. Máy phát Đồng hồ tốc độ AC có armature cố định và từ trường quay. Thiết kế này loại bỏ nhu cầu sử dụng commutator và chổi than, do đó khắc phục nhiều vấn đề về bảo dưỡng và hiệu suất liên quan đến máy phát Đồng hồ tốc độ DC.

Khi từ trường quay tương tác với cuộn dây stator cố định, một lực điện động (EMF) được cảm ứng. Cả biên độ và tần số của EMF cảm ứng đều liên quan trực tiếp đến tốc độ của trục. Mối quan hệ này cho phép đo vận tốc góc bằng cách phân tích biên độ hoặc tần số của tín hiệu điện cảm ứng.

Mạch sau đây được sử dụng để đo tốc độ của rotor bằng cách tập trung vào biên độ của điện áp cảm ứng. Đầu tiên, các điện áp cảm ứng được chỉnh lưu để chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều. Sau đó, các điện áp đã được chỉnh lưu được đưa qua bộ lọc tụ điện, giúp làm phẳng các sóng gợn trong hình dạng sóng điện áp đã được chỉnh lưu, cung cấp một phép đo ổn định và chính xác hơn về biên độ của điện áp cảm ứng liên quan đến tốc độ quay của trục.

Máy phát Đồng hồ tốc độ AC Rotor Cốc Ma Sát
Máy phát Đồng hồ tốc độ AC Rotor Cốc Ma Sát được hiển thị trong hình dưới đây.

• Cấu trúc và Đặc điểm của Máy phát Đồng hồ tốc độ AC
  Stator của máy phát Đồng hồ tốc độ AC được trang bị hai cuộn dây riêng biệt: cuộn dây tham chiếu và cuộn dây vuông góc. Các cuộn dây này được đặt ở góc 90 độ so với nhau, là một khía cạnh quan trọng của thiết kế máy phát để hoạt động chính xác. Rotor của đồng hồ tốc độ được làm từ cốc nhôm mỏng và được đặt trong cấu trúc từ trường.
  Rotor được chế tạo từ vật liệu có độ cảm ứng cao, có quán tính thấp, cho phép nó phản ứng nhanh với các thay đổi về tốc độ quay. Một nguồn điện được cung cấp cho cuộn dây tham chiếu, trong khi tín hiệu đầu ra được lấy từ cuộn dây vuông góc. Khi rotor quay trong từ trường, nó tạo ra một điện áp trong cuộn dây cảm biến (cuộn dây vuông góc). Mức độ của điện áp cảm ứng này tỷ lệ thuận với tốc độ quay của rotor, tạo nên cơ chế đáng tin cậy để đo vận tốc góc.
  Ưu điểm
  Điện áp Đầu ra Không Có Sóng Gợn: Máy phát Đồng hồ tốc độ AC Rotor Cốc Ma Sát nổi bật với đặc điểm sản xuất điện áp đầu ra không có sóng gợn. Điện áp đầu ra mịn này đảm bảo đo lường tốc độ chính xác và nhất quán hơn, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi theo dõi tốc độ chính xác.
  Tiết Kiệm Chi Phí: Một lợi ích đáng kể khác là chi phí tương đối thấp. Sự tiết kiệm này làm cho máy phát Đồng hồ tốc độ AC Rotor Cốc Ma Sát trở thành lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng, đặc biệt là những ứng dụng mà chi phí hiệu quả là ưu tiên mà không hy sinh chức năng cơ bản.
  Nhược điểm
  Tuy nhiên, máy phát Đồng hồ tốc độ AC Rotor Cốc Ma Sát có một hạn chế đáng chú ý. Khi rotor quay ở tốc độ cao, mối quan hệ phi tuyến xuất hiện giữa điện áp đầu ra và tốc độ đầu vào. Sự phi tuyến này có thể dẫn đến sai số trong đo lường tốc độ nếu không được tính toán chính xác, có thể hạn chế việc sử dụng máy phát trong các kịch bản đòi hỏi đo lường tốc độ quay cao và chính xác.