15.2 Преобразователи скорости

К наиболее часто встречающимся преобразователям скорости относятся центробежные преобразователи и тахогенераторы.

Центробежный преобразователь скорости преобразует скорость вращения какого-либо вала в механическое перемещение муфты (рис. 37).

П редположим, что центробежные преобразователь скорости служит для измерения отклонения скорости вращения двигателя от заданного значения. Входной валик 1 измерителя сцепляется с ротором двигателя, скорость вращения которого измеряется. Центробежная сила перемещает грузик 2, а вместе с ним муфту измерителя 3. Центробежная сила уравновешивается силой пружины 4, поэтому каждому значению скорости вращения вала соответствует определение муфты 3. Муфта 3 может перемещаться не только при изменении скорости вращения, но и при воздействии на орган настройки 5, изменяющий натяжение пружины 4. Воздействие на орган настройки позволяет задать скорость вращения, которую должна поддерживать система

стабилизации скорости при помощи центробежного датчика.

Т

Рис. 36 Центробежный преобразователь скорости

ахогенератор служит для преобразования механического вращения в электрический сигнал (напряжение). В тахогенераторе скорость вращения пропорциональна э.д.с, индуктируемой в его обмотке. Следовательно, тахогенератор может быть использован для измерения или для автоматического регулирования скорости вращения. Тахогенератор используется также для электрического дифференцирования и для получения ускоряющих и замедляющих сигналов.

П

Рис. 37 Схема тахогенератора

ростейшим тахогенератором переменного тока является синхронный тахогенератор. Основными частями синхронного тахогенератора являются цилиндрический статор, набранный из листовой электротехнической стали, и ротор, который помещается внутри статора (рис.38).

Ротор Р тахогенератора представляет собой дискообразный постоянный магнит с несколькими полюсами; число полюсов всегда четное, а северный (N) и южный (S) чередуются. На внутренней стороне статора С имеются пазы, в которые заложена обмотка статора (на рис. 45 условно не показана); концы обмотки выведены на зажимы. При вращении ротора его постоянный магнитный поток пересекает обмотку статора и индуктирует в ней э.д.с. Е. Действующее значение этой э.д.с.

,

где К_W - постоянная, зависящая от конструкции машины и ее обмотки; P - число пар полюсов обмотки статора; W - число витков обмотки статора; n – частота вращения ротора; Ф_МАКС - амплитудное значение магнитного потока.

Из формулы видно, что э.д.с. зависит от скорости вращения п ротора, но при изменении скорости вращения изменяется также частота э.д.с. f, а изменение частоты влияет на величину сопротивления переменного тока как обмотки машины, так и реактивной составляющей сопротивления нагрузки. Следовательно, в синхронном тахогенераторе не может быть линейной зависимости напряжения от скорости вращения. Поэтому в автоматических схемах синхронный тахогенератор не применяется.

К недостаткам асинхронных тахогенераторов с полым ротором следует отнести:

1. небольшое отклонение выходной характеристики (т.е. зависимости выходного напряжения от скорости вращения при постоянной нагрузке) от линейности (амплитудная погрешность);

2. зависимость угла между векторами напряжения питания U_У и выходного напряжения U_ВЫХ от скорости вращения (фазовая погрешность).

Наряду с тахогенераторами переменного тока применяются тахогенераторы постоянного тока.

Достоинства тахогенераторов постоянного тока:

1. отсутствие фазовой погрешности;

2. отсутствие в их схемах нагрузок различного характера (активной, индуктивной и емкостной), которые оказывают влияние на величину выходного напряжения и форму выходной характеристики.

Недостатки тахогенераторов постоянного тока:

1. более сложная конструкция по сравнению с тахогенераторами переменного тока;

2. наличие скользящего контакта между коллектором и щетками;

3. необходимость устройства защитных фильтров от радиопомех;

4. более высокая стоимость.

Какие датчики еще существуют? Принципы их работы и области применения?

Проверочная работа!!!

СЕМЕСТР II

ЛЕКЦИЯ 16

16.1 Исполнительные устройства

В качестве исполнительных устройств средств реализации измерительной информации используются: электромагниты, шаговые электродвигатели, миниатюрные электродвигатели с редукторами, электромеханические преобразователи.

Основным исполнительным устройством, которое в основном предопределяет статические и динамические параметры автоматических средств измерений, является электроизмерительный преобразователь, который называют регистратором.

Принцип действия регистраторов магнитоэлектрического типа, применяемых в автоматических средствах измерений показан на рис.39.

Рис. 39 Схема магнитоэлектрического регистратора

Подвижная рамка 2 с обмоткой помещена в магнитном поле постоянных магнитов 1 и 5. Рамка 2 с сердечником 3 закреплена на оси 7. На этой же оси закреплены пишущий элемент 4 и спиральная пружина (на рис. не показана). Все элементы расположены в корпусе 6.

Между рамкой 2 и постоянными магнитами имеется зазор, в котором создается равномерное радиальное магнитное поле. При пропускании через обмотку рамки 2 постоянного электрического тока, величина которого пропорциональна измеряемому размеру, на каждую боковую сторону рамки 2 действует тангенциальная сила F, пропорциональная току, протекающему по обмотке рамки, создавая вращающий момент, равный

М_ВР=К_ВΨJ,

где К_В – коэффициент пропорциональности; Ψ – потокосцепление магнитной системы; J – ток в обмотке рамки 2.

Противодействующий момент создается спиральной или другого типа пружиной; он пропорционален углу закручивания пружины, т.е. углу поворота пишущего элемента

М_ПР=К_П∙α

где К_П – жесткость упругих противодействующих элементов; α – угол отклонения подвижной части регистратора.

В установившемся режиме, исходя их обеих формул имеем: М_ВР= М_ПР;

К_ВΨJ=К_П∙α,

откуда

Параметр называют чувствительностью регистраторов. Его стремятся выполнить постоянным во всем диапазоне измерения, минимизируя при этом статистические погрешности автоматического средства измерения. Магнитная система регистратора и противодействующие упругие элементы должны быть спроектированы таким образом, чтобы как потокосцепление магнитной системы, так и жесткость упругих элементов оставались постоянными для любого угла α.

Конструкция регистратора также оказывает существенное влияние на динамические погрешности автоматических средств измерений.

Перемещение диаграммной бумаги в указанных устройствах осуществляется малогабаритными электродвигателями. Чаще всего применяются синхронные двигатели переменного тока, реже двигатели постоянного тока. Эти двигатели должны обладать абсолютно жесткими механическими характеристиками, т.е. , где n – число оборотов; - момент нагрузки на валу; они должны обладать самозапуском, работать без шума и вибрации, не должны создавать помехи при работе. Вал двигателя соединяется с миниатюрным переключающим редуктором.

Малогабаритные электродвигатели применяются также для перевода кареток и поворота барабанов в электромеханических печатающих устройствах, поворота лотков в сортировочных поворотных устройствах и привода сортировочных роботов и транспортеров. Поворотные сортировочные устройства, сортировочные роботы – манипуляторы и транспортеры могут перемещаться шаговыми электродвигателями. Шаг расположения сортировочных заслонок l_C должен быть кратен номинальному угловому шагу α электродвигателя. В поворотных сортировочных устройствах должно соблюдаться условие

, k= 1,2,3,…,n,

где k – коэффициент кратности; r – радиус поворотного устройства; α – номинальный шаг электродвигателя в град.

В сортировочных роботах и транспортерах перемещение транспортирующего органа, вызванное поворотом электродвигателя на один шаг, также должно быть меньше или равно шагу расположения сортировочных отсеков.

Наиболее распространенным исполнительным органом печатающих и сортировочных устройств является электромагнит. Время срабатывания электромагнита t_X1=t_TP+t_Я1, где t_TP – время трогания, определяемое временем нарастания тока в катушке электромагнита до начала движения якоря; t_Я1 – время движения якоря до полного открытия сортировочной заслонки или нанесения символа в печатающем устройстве.

В ремя отпускания магнита t_X2=t_СП+t_Я2, где t_СП – время спада тока до момента начала движения якоря; t_Я2 – время движения якоря до возвращения в исходное положение.

Тяговые усилия F электромагнита определяются по формуле F=O₁SkJ²W, где k – коэффициент, зависящий от конструкции якоря, формы поля в рабочем зазоре и материала якоря и магнитопровода; J – сила тока в катушке; W – число витков катушки.

Знания коэффициентов k для различных видов полюсных поверхностей электромагнитов широко освещены в соответствующей литературе.

В

Рис. 38 Схемы магнитных сортировочных устройств

ремя срабатывания и отпускания электромагнитов зависит от величины нагрузки и хода якоря. Время срабатывания увеличивается при увеличении загрузки и ходя якоря. Однако при этих условиях уменьшается время отпускания. Поэтому для каждого типа электромагнитов можно найти оптимальные условия, при которых t_X1+t_X2=min.

В сортировочных устройствах уменьшение хода якоря и нагрузки на якорь может быть достигнуто расположением заслонок по краям детали и за счет применения промежуточных элементов.

Значительно сократить временные составляющие работы электромагнитов позволяют беззаслоночные сортировочные устройства (рис.40), у которых время t_X1+t_X2 не превышает 0,01 с.

Снижение времени t_X2 электромагнитов может быть достигнуто установкой медной шайбы между дном якоря и пяткой, к которой притягивается якорь, либо наличием незначительного зазора между пяткой и якорем электромагнита в притянутом состоянии.

Для увеличения быстродействия работы электромагнитов в печатающих устройствах применяются схемы импульсной передачи напряжения. В этом случае амплитуда кратковременного импульса может превышать допустимую амплитуду напряжения, указанную в паспорте электромагнита.