Generatori di tachimetri: tipi, dispositivo e principio di funzionamento

La parola "tachogenerator" deriva da due parole: dal greco "tachos" che significa "veloce" e dal latino "generatore". Il tachogeneratore è una micro macchina di misurazione elettrica variabile o costante, che è montata sull'albero dell'apparecchiatura e converte il valore corrente della velocità di rotazione dell'albero in un segnale elettrico, il cui parametro porta informazioni sulla frequenza di rotazione.

Questo parametro può essere campi elettromagnetici generati o il valore di frequenza del segnale. Il segnale di uscita dalla dinamo tachimetrica può essere inviato ad un display visivo (ad esempio un display) o ad un dispositivo di controllo automatico della velocità dell'albero su cui opera la dinamo tachimetrica.

Le dinamo tachimetriche sono di diversi tipi, a seconda del tipo di segnale generato in uscita: con segnale in tensione o corrente alternata (tachimetriche asincrone o sincrone), oppure con segnale costante.

Dinamo tachimetrica DC

Un generatore tachimetrico CC è una macchina collettore con eccitazione tramite magneti permanenti (più comune) o tramite una bobina di eccitazione (meno comune) situata sul suo statore. La fem di misura viene indotta sull'avvolgimento del rotore della dinamo tachimetrica e risulta essere direttamente proporzionale alla velocità angolare di rotazione del rotore, appunto alla velocità di variazione del flusso magnetico, in esatto accordo con la legge dell'induzione elettromagnetica.

Il segnale di uscita - una tensione il cui valore è anche direttamente proporzionale alla velocità angolare di rotazione del rotore - viene prelevato attraverso le spazzole dal collettore. Dal momento che il lavoro comporta collettore e spazzole, tale unità è soggetta a un'usura più rapida rispetto a un generatore tachimetrico CA. Il problema è che nel processo del suo lavoro, l'unità di raccolta delle spazzole genera rumore impulsivo nel segnale di uscita di un tale tachimetro.

In un modo o nell'altro, il segnale di uscita del tachogeneratore CC è una tensione, il che rende difficile convertire con precisione la tensione in velocità, poiché il flusso di deflessione magnetica dipende dalla temperatura dei magneti, dalla resistenza elettrica nel punto di contatto delle spazzole con il collettore (che cambia nel tempo), infine — dalla smagnetizzazione dei magneti permanenti nel tempo.

Tuttavia, in alcuni casi i generatori tachimetrici CC sono convenienti per la forma di rappresentazione del segnale di uscita, nonché per il fenomeno naturale di inversione della polarità di questo segnale in base al cambiamento del senso di rotazione dell'albero.

Le dinamo tachimetriche in corrente continua sono caratterizzate da un «fattore di trasformazione» St, che esprime il rapporto tra la tensione rimossa Uout e la frequenza di rotazione Frot corrispondente alla tensione data.Questo parametro è specificato nella documentazione tecnica per il tachogeneratore ed è misurato in millivolt moltiplicato per giri al minuto. Conoscendo questo parametro e la tensione di uscita dal tachogeneratore, è possibile calcolare la frequenza corrente utilizzando la formula:

Motore elettrico con dinamo tachimetrica incorporata:

Dinamo tachimetrica AC asincrona

I tachigeneratori CA asincroni sono simili nel design per motori asincroni a gabbia di scoiattolo… Il rotore qui è realizzato sotto forma di un cilindro cavo (solitamente rame o alluminio) e lo statore contiene due avvolgimenti disposti ad angolo retto l'uno rispetto all'altro. Uno degli avvolgimenti dello statore è l'avvolgimento di eccitazione, il secondo è l'avvolgimento di uscita. Una corrente alternata di una certa ampiezza e frequenza viene fornita alla bobina di eccitazione e la bobina di uscita è collegata al dispositivo di misurazione.

Quando il rotore dello scoiattolo ruota, periodicamente rompe l'ortogonalità iniziale dei flussi magnetici delle due bobine, a seguito della distorsione dell'immagine dei campi magnetici, viene periodicamente indotto un EMF nella bobina di uscita. Se il rotore è fermo, il flusso magnetico della bobina di eccitazione non viene distorto e non viene indotto alcun campo elettromagnetico nella bobina di uscita. Qui, l'entità dell'EMF generato è proporzionale alla velocità di rotazione dell'albero.

Poiché la corrente fornita all'avvolgimento di campo ha una propria frequenza, diversa dalla velocità di rotazione dell'albero, tale tachogeneratore è chiamato asincrono. Tra l'altro, questo design consente di giudicare il senso di rotazione del rotore dalla fase del segnale di uscita: quando si cambia il senso di rotazione, la fase viene invertita.

Dinamo tachimetrica AC sincrona

I generatori tachimetrici sincroni sono macchine CA senza spazzole.La magnetizzazione del rotore è creata da un magnete permanente mentre sullo statore sono presenti uno o più avvolgimenti. In questo caso, sia l'ampiezza del segnale di uscita che la sua frequenza saranno proporzionali alla velocità di rotazione dell'albero. I dati di velocità possono quindi essere misurati sia dal valore dell'ampiezza (rilevamento dell'ampiezza) sia direttamente dalla frequenza (rilevamento della frequenza). Tuttavia, la direzione di rotazione non può essere determinata dal segnale di uscita della dinamo tachimetrica sincrona.

Il rotore di un generatore tachimetrico AC sincrono può essere realizzato sotto forma di un magnete multipolare e fornire diversi impulsi di fila nel segnale di uscita per un giro dell'albero. Tali tachogeneratori, insieme a quelli asincroni, hanno una durata maggiore, poiché non dispongono di un dispositivo di raccolta delle spazzole soggetto a usura meccanica.

Rilevamento della frequenza

Poiché la frequenza di uscita di un generatore tachimetrico sincrono non dipende dalla temperatura e da altri fattori, le misurazioni della frequenza con esso sono più accurate. Il calcolo è molto semplice, basta conoscere il numero di coppie polari p del rotore:

Ma c'è anche una sfumatura. Affinché l'accuratezza dei calcoli sia sufficientemente elevata, è necessario allocare un tempo durante il quale teoricamente la velocità può già cambiare, il che significa che durante il conteggio degli impulsi aumenta l'errore di misurazione, il che è dannoso.

Per ridurre l'errore di misurazione, il rotore è multipolare in modo che i calcoli possano essere eseguiti più velocemente, quindi la risposta del sistema di controllo può seguire più velocemente. Per un polo, la frequenza viene calcolata utilizzando la seguente formula:

dove N è il numero di impulsi letti, T è il periodo di conteggio degli impulsi

Per una dinamo tachimetrica sincrona, l'ampiezza del segnale cambia a seconda della velocità, pertanto, durante la progettazione del rilevatore di frequenza di uscita, è importante tenere conto dell'intera gamma possibile di ampiezze delle tensioni di uscita della dinamo tachimetrica.

Rilevamento dell'ampiezza

Con il metodo dell'ampiezza per determinare la frequenza, il circuito del rilevatore di frequenza sarà più semplice, ma qui è importante tenere conto dell'influenza di fattori quali: temperatura, variazione del gap non magnetico, ecc. frequenza , maggiore è l'ampiezza del segnale di uscita, quindi il circuito del rivelatore è solitamente un raddrizzatore e Filtro passa basso, dove il fattore di conversione misurato in mV * rpm consente di determinare la frequenza utilizzando la seguente formula:

Oltre ai tipi tradizionali di tachogeneratori discussi in questo articolo, i sensori di impulsi vengono utilizzati anche nelle moderne tecnologie. basato su accoppiatori ottici, Sensori di sala ecc. Il vantaggio dei generatori tachimetrici è che, se abbinati a un rilevatore, non richiedono alcuna fonte di alimentazione aggiuntiva. Gli svantaggi dei generatori tachimetrici tradizionali a macchina includono la scarsa sensibilità alle basse velocità e l'introduzione della coppia frenante.