ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.

Работа № 10.

КОНТРОЛЬ ЧАСТОТЫВРАЩЕНИЯ.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Изучение работы механического тахометра ИО-10, поверка тахометрогенератора ТД - 1 и стробоскопа.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.

Принцип действия механических тахометров основан на использовании центробежной силы F развиваемой телом при вращении его вокруг оси (1)

, где m- масса тела;

r - расстояние центра тяжести от оси вращения; - угловая скорость.

Механические центробежные тахометры по конструктивному исполнению делят на переносные и стационарные. В настоящее время находят применение переносные тахометры ИО-10 и стацио­нарные ТС-100 и ТС-200. Ручные механические тахометры выполняют обычно с грузовым коль­цом. Они имеют коробку передач, позволяющую использовать прибор в широком диапазоне из­мерению числа оборотов (от 25 до 10000 об/мин.). Ручные тахометры снабжаются набором съём­ных наконечников: при малом числе оборотов служит наконечник с металлической насадкой; при большом - с резиновой. Контрольные тахометры имеют погрешность 0,5÷1,0%, а рабочий -1÷8%.

В качестве измерителей числа оборотов гребных валов чаще всего используются тахогенераторы постоянного тока, асинхронные тахогенераторы и индукционные преобразователи с вра­щающимся полем.

Тахогенератор постоянного тока представляет собой обычную коллекторную машину посто­янного тока малых габаритов. Его принципиальная электрическая схема показана на рис.1.

Для статической характеристики ТГ при работе его в холостую справедлива следующая зави­симость:

где _ВПХ - напряжение на выходе генератора, индуктируемое при вращении ротора, В;

n - число оборотов ротора об/мин;

k_тг - статический коэффициент при холостом режиме, В.об/мин.

,где: Р -число пар полюсов,

b - число параллельных ветвей обмотки якоря,

N - число активных проводников обмотки якоря,

Ф - суммарный магнитный поток машины.

Для используемых генераторов с учётом условий применения пределы постоянных имеют сле­дующие значения: К тг=0,029÷0,057 В.об.мин. Выходное напряжение U_вых зависит не только от числа оборотов n, но и от сопротивления нагрузки. При R_н >> R_b зависимость U_вых= f(n) будет практически линейной. Для судовых приборов лежит в пределах 50÷60.

Асинхронные тахогенераторы используются в схемах компенсационных тахометров. Электриче­ская схема асинхронного тахогенератора представлена на рис.2, где 1- оболочка возбуждения, получающая питание от сети переменного тока, 2- стакан, 3- генераторная обмотка.

При питании обмотка возбуждения создаёт пульсирующий магнитный поток.

где - частота питающего тока, С-¹

Если же ротор привести во вращение, то в нём кроме ЭДС трансформации, наводимой пото­ком обмотки возбуждения, появится ЭДС вращения за счёт пресечения ротором магнитных линий потока возбуждения. Созданные этой ЭДС в короткозамкнутом роторе токи обуславливают появление переменного магнитного потока Ф₂, совпадающего по направлению с осью генера­торной обмотки 3 и наводящего в ней ЭДС, величина которой зависит от числа оборотов ротора, а фаза определяется направлением вращения. Для упрощённого качественного рассмотрения короткозамкнутый круглый ротор можно представить в виде двух взаимно перпендикулярных "обмоток", создающих при вращении ротора магнитные потоки:

где - коэффициент пропорциональности,

- угловая скорость вращения.

 

Сумма проекций этих потоков на ось генераторной обмотки

будет вызывать в данной обмотке ЭДС.

При соответствующем выборе параметров тахогенератора можно обеспечить зависимость

_ВПХ от nвесьма близкую к линейной в достаточно широких пределах [2]

Принципиальная схема индукционного преобразователя с вращающим полем показана на рис.3. В поле вращающего магнита 1 расположен металлический стакан 2,укреплённый на оси 3.

На этой же оси укреплён один конец пружины 4 из фосфористой бронзы и стрелка 5. Второй конец пружины укреплён неподвижно. При вращении магнита в стакане 2 индуктируется ЭДС, создающая токи, силы взаимодействия которых с вращающимся полем магнитов двигают диски в направлении вращения магнита. Вращающему магниту, создаваемому взаимодействием токов диска и поля магнита, противодействует момент пружины 4. Установившееся отклонение стакана, а следовательно, и стрелки прибора соответствует равенству вращающегося и противодействую­щего моментов.

Уравнение статической характеристики преобразователя можно найти, используя зависимость

,где h - коэффициент вязкого трения;

Μ - противодействующий момент; С_пр - постоянная пружина;

- угол поворота стакана.

Уравнение статической характеристики можно записать в виде:

где к_д=1,2÷1,8

Работа стробоскопов (стробоскопических тахометров) основывается на эффекте кажущейся остановки вращения вала. Этот эффект достигается путём периодического прерывания светового потока, идущего от вращающего вала или предмета к глазу наблюдателя [1]. При этом частота прерывания настраивается и должна быть такой, чтобы каждый раз была видна одна и та же де­таль вращающего вала, а длительность перерыва наблюдения вращения не превышала времени, в течение которого может полностью исчезнуть зрительный образ этой детали вала. При повторе­нии импульсов с такой частотой остатки зрительного образа сливаются в картину кажущейся неподвижности отмеченной детали вращающего вала или предмета. Следовательно, в этом случае частота следования f₁ имп/с равна скорости вращения вала или предмета n₁ об/с т.е. f = n. Такой стробоскопический эффект неподвижности называется основным синхронизмом. Именно в этом случае необходимо производить снятие показаний стробоскопа. Может иметь место так называемый кратный синхронизм, когда или , при котором фиксированная точка за время между зрительными импульсами успевает совершать i оборотов, либо частота зрительных образов в i раз больше частоты вращения. Чтобы избежать ошибки, правильной следует считать наибольшую частоту, при которой имеет место основной синхронизм f=n

По принципу действия стробоскопы разделяют на механические и электронные. Электронные стробоскопы позволяют проводить измерения с погрешностью не более ± 0.1%

Схема экспериментальной установки показана на рис.4. Она включает в себя двигатель 3, руч­ной тахометр 9, асинхронный тахогенератор 4 и стробоскоп электронный 1. Для регулирования частот вращения двигателя 3 служит регулятор РНТ-7.

3. Порядок выполнения работы.

1.Включить автомат F₁.

2.Построить статическую характеристику m=f(U) двигателя, для чего меняя через 5В напряжение питания двигателя с помощью РНО-7 по вольтметру 8, измерить частоту вращения диска 2 с помощью ручного тахометра 9.

3.Построить статическую характеристику _ВПХ =f(n) тахогенератора 4, для чего включить
ключи К₁ и К₂. Меняя напряжение питания двигателя 3 по вольтметру 8 через 5В снять показания

показывающего прибора 6. Повторить операцию для других сопротивлений линии связи R₁, R₂, R₃ подключая их ключом К₁.

4. Построить статическую характеристику f = F(n) стробоскопа 1.Для этого включить в сеть стробоскоп. Для каждой частоты вращения диска 2 (меняем напряжение по вольтметру 8 через 5В) подобрать частоту генерации импульсов таким образом, чтобы реперная точка на диске казалась неподвижной.

5.Выполнить статическую обработку данных в соответствии со стандартной методикой по лю­бому из пунктов 2, 3, 4. Количество замеров 8÷10.

Отчёт.

Отчёт должен содержать: краткую теорию, принципиальную схему лабораторной установки, характеристики n = f(n); U_ВПХ = f(n); f = F(n) построенные на миллиметровке, краткие вы­воды, результаты статической обработки данных.

Вопросы для самопроверки.

1.Принцип действия механического тахометра?

2.В чём отличие тахогенератора постоянного тока от асинхронного тахогенератора?

3.Как устроены магнитоиндукционные тахометры или индукционные преобразователи с
вращающимся полем?

4.Что такое кратный синхронизм?

 

Рис. 1. Электрическая схема ТГ постоянного тока.

 

 

 

Рис.2 Электрическая схема асинхронного тахогенератора

 

 

Рис.3. Принципиальная схема индукционного преобразователя с вращающимся полем.

 

 

Рис.4 Схема экспериментальной установки