23
курсовыФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга
(РЭТЭМ)
Введение
В промышленности измерение скорости сводится в большин-стве случаев к измерению скоростей вращения крутящихся де-талей и узлов, когда за ними приходится наблюдать в целях безопасности либо для создания условий их работы в жела-тельном режиме. В случае прямолинейного движения измере-ние скорости часто также может быть сведено к измерению скорости вращения. Поэтому тахометрические датчики являют-ся в своем большинстве датчиками угловой скорости.
Промышленные датчики, предназначенные специально для измерения скорости, базируются на законе Фарадея
где х -- переменная линейного или углового положения. Поэто-му всякое относительное перемещение между источником по-тока (индуктором) и контуром наводит в этом последнем э. д. с, амплитуда которой пропорциональна скорости перемещения, вследствие чего на выходе такого датчика формируется сигнал
Этот вид тахометрии называется электродинамическим.
Когда исследуемое движущееся тело осуществляет перио-дическое движение, например вращение, определение его ско-рости может быть заменено измерением частоты: так, датчик близости, расположенный рядом с объектом, расстояние до которого изменяется периодически, выдает сигнал, частота ко-торого равна или кратна, в зависимости от конфигурации объ-екта, частоте движений. Так, для измерения угловой скорости вращающегося вала можно использовать насаженный на него диск, снабженный чередующимися прозрачными и непрозрач-ными частями, которые при вращении будут прерывать поток лучей, регистрируемый с помощью оптического детектора. Таким образом будет формироваться последовательность элек-трических импульсов с частотой, пропорциональной скорости.
Тахометры этого типа называют импульсными.
В случае очень медленного вращения, например, менее од-ного градуса в час, описанные выше методы становятся непригодными, и в этом случае измерение скорости может быть j эффективно осуществлено с помощью лазерного гигрометра.
Принцип его действия основан на существовании разности i хода двух волн, излучаемых одним лазером и распространяю-щихся в противоположных направлениях в одной и той же вра-щающейся среде. Эта разность хода, пропорциональная угло-вой скорости, выявляется с помощью интерферометра.
Отношения, которые связывают скорость и положение, с одной стороны, и скорость и ускорение, с другой, позволяют определять скорость путем обработки сигналов датчиков каж-дой из этих двух величин.
Производная по времени сигнала аналогового датчика по-ложения определяет величину скорости. Однако этот метод связан с появлением помех (например, из-за дискретности про-волочного потенциометра) и увеличением высокочастотного шу-ма.
Интегрирование сигнала датчика ускорения представляет другой метод определения скорости; используемый в навигации, он требует сложного оборудования (инерциальная платформа).
Электромагнитные тахометры угловой скорости
г) две щетки, связанные с клеммами генератора и прижи-маемые к коллектору, которые закрепляются на двух Диамет-рально противоположных пластинках; щетки расположены вдоль средней линии перпендикулярно направлению индукции, так, чтобы снимать максимальную э.д.с.
Расчет э.д.с, наводимой в активных проводниках. В /-м проводнике (0^/<2fe-l) вследствие вращения возникает э.д.с, величина которой определяется выражением
где dtp/ --магнитный поток, пересекаемый проводником за ин-тервал времени dt,
dsc -- приращение площади поверхности, описываемой движу-щимся проводником, за время dt, и BIN - составляющая В,
нормальная к dsc.
Приращение площади описываемой поверхности определя-ется выражением
Здесь / -- длина активного проводника, a v -- его линейная ско-рость, равная t)=wr, где to --угловая скорость ротора, г --его радиус. Окончательно получаем
В диаметрально противоположном активном проводнике вследствие симметрии имеем
Расчет э. д, с. совокупности проводников, расположенных одну сторону от нейтральной линии. В совокупности k проводников справа от нейтральной линии наводится суммарная
где s=2nrt/n -- площадь поверхности между двумя соседними проводниками, и 2J sB/*--Фо-- поток, исходящий из полюса индуктора.
Для этих условий можно написать
где N -- частота вращения ротора (число оборотов в секунду); таким же образом в совокупности проводников слева от ней-тральной линии наводится э.д.с. Eg:
Идея намотки состоит в соединении между собой 2k про-водников так, чтобы образовать два одинаковых комплекта по k последовательно соединенных проводников, в каждом из ко-торых возникает э. д. с. Е, такая, что
Эта э.д.с. поступает во внешнюю цепь через две щетки, расположенные на коллекторе вдоль нейтральной линии диа-метрально противоположно друг другу.
В более общем случае, когда генератор имеет 2/7 полюсов индукторов (каждый с потоком Фо), п\проводников ротора, соединенных параллельно по 2о ветвям обмотки, индуцируе-мая э.д.с. имеет величину
Именно на этой пропорциональности э.д.с. Е и угловой скоро-сти а основано использование генераторов постоянного тока в тахометрии, и одно из их преимуществ по сравнению с други-ми тахометрическими датчиками состоит в том, что получаемый сигнал изменяет знак одновременно с изменением направления вращения.
Реакция якоря. Если якорь связан с внешним контуром, то э.д.с. вызывает в нем ток , проходящий через активные про-водники по разные стороны от нейтральной линии в противо-положных направлениях.
Сопоставляя попарно проводники, симметричные относи-тельно нейтральной линии, устанавливаем, что они создают индукцию, перпендикулярную линии полюсов и пропорцио-нальную I; эта поперечная индукция называется реакцией якоря.
Реакция якоря вызывает искривление силовых линий поля к приводит к смещению нейтральной линии в направлении дви-жения. Поскольку э.д.с. снимается с неподвижных щеток, установленных на первоначально нейтральной линии (/=0), ее величина ускоренно убывает с ростом тока .
Эксплуатационные параметры. На холостом ходу (/=0) э. д. с. генератора определяется общим выражением
где фо -- поток, вызванный индукцией, ke и km -- постоянные па-раметры генератора.
Когда генератор соединен с нагрузкой R, он отдает ток /, который вызывает внутреннее падение напряжения RJf где Ri -- сопротивление якоря, и реакцию якоря, которая уменьша-ет э.д.с. генератора тем больше, чем больше величина тока. Обозначая k, величину, характеризующую реакцию якоря, можно написать
Падение напряжения на щетках описывается выражением
или
где еь и Rb зависят от материалов контактов щетка -- коллек-тор.
Для совокупности генератора с нагрузкой получаем соотно-шение
откуда следуют выражения для тока в нагрузке
и для напряжения на клеммах нагрузки
Из полученного для V выражения можно заключить, что:
генератор имеет «мертвую зону», а напряжение возника-ет только при скоростях выше еь1ке\ щетки должны быть уста-новлены таким образом, чтобы минимизировать контактную разность потенциалов eyt напряжение U не является строго линейной функцией от вследствие реакции якоря; при тахометрическом использо-вании в режиме генератора нелинейность может быть умень-шена путем: а) минимизации тока / за счет использования по-вышенного сопротивления нагрузки; б) ограничения скорости вращения; в) использования таких типов обмотки ротора, ко-торые дают малую реакцию якоря. Напряжение, получаемое в режиме генератора, обычно ха-рактеризуют величиной э.д.с. при скорости вращения 1000 об/ мин и обозначают через Ке.
Линейность характеристики тахометра оценивают с исполь-зованием максимальной разницы при 3600 об/мин между на-пряжением, измеренным на холостом ходу UM, и напряжением Uс, вычисленным в предположении линейности генератора, т.е. Ј/с=3,6 Ке- Полагают, следовательно, что
Страницы: 1, 2, 3