Частотні перетворювачі частоти обертання

У частотних перетворювачах вимірюється не розмір вихідної напруги, а його частота, яка зраджується пропорційно частоті обертання. На судах знайшли застосування індукційні, трансформаторні і фотоелектричні перетворювачі частоти обертання.

Індукційні частотні перетворювачі. На мал. 4.56 показаний індукційний перетворювач, який має двополюсну магнітну систему 1 з двома обмотками і диск 2. На обмотку збудження w_В подається напруга U від мережі постійного струму, і вона служить для створення постійного магнітного потоку. З вимірювальної обмотки wИ знімається вихідна напруга Uвых.

 

Двополюсна магнітна система встановлена поряд з диском із феромагнітного матеріалу, який закріплений на обертаючому валу. Між диском і полюсами є повітряний зазор. По периметру диска рівномірно розташовані зубці. Висота кожного зубця рівна відстані між полюсами. При обертанні диска відбувається періодична зміна магнітного опору, який призводить до зміни постійного магнітного потоку. При зміні магнітного потоку в обмотці наводиться ЕРС, рівна

(4.49)

У загальному випадку крива ЕРС має довільну форму. Частота ЕРС перетворювача змінюється прямо пропорційно частоті обертання валу:

(4.50)

де n — частота обертання, об/мин; z — число зубців диска.

З виразу (4.50) видно, що частота ЕРС перетворювача не залежить від зовнішніх умов, тому точність вимірювання частоти обертання залежить лише від точності вимірювання частоти ЕРС. Сам перетворювач не вносить погрішності в процес вимірювання. Відповідно до виразів (4.49), (4.50) разом з частотою ЕРС при зміні частоти обертання відбувається зміна значення ЕРС. При малій частоті обертання ЕРС має невелике значення, тому при вимірюванні її частоти виникають великі погрішності.

Часто в індукційних перетворювачах як джерело постійного магнітного потоку замість обмотки застосовуються постійні магніти, а замість зубчатого диска — металева стрічка з отворами, закріплена на валу, що обертається, або виступаючі деталі обертаємих частин машин (мал. 4.57).

На судах індукційні перетворювачі знайшли застосування для вимірювання частоти обертання дизелів і гребних валів. Недоліком індукційних перетворювачів є нестабільна робота при малій частоті обертання.

Трансформаторні перетворювачі. Трансформаторний перетворювач має зубчатий диск 2 із феромагнітного матеріалу і магнітопровід із Ш-образного трансформаторного заліза 1 з трьома обмотками (рис. 4.58). Між диском і магнітопроводом є повітряний зазор. Обмотка w_B, розташована на середньому стержні, харчується від мережі змінного струму і служить для створення змінного магнітного потоку.

 

 

 

Обмотки w_И, розташовані на крайніх стержнях, з'єднуються послідовно зустрічно і мають однакове число витків. При обертанні диска відбувається періодична зміна магнітних опорів між середнім і крайнім стержнями. Якщо середній і правий стержні перекриті зубцем диска, то магнітний опір між ними буде значно менше магнітного опору між середнім і лівим стержнями. За відсутності перекриття магнітні опори між стержнями рівні.

Магнітні потоки крайніх стержнів залежать від співвідношення між магнітними опорами, унаслідок чого при обертанні диска відбуватиметься періодична зміна магнітних потоків. При цьому магнітний потік правого стержня періодично зростає, а магнітний потік лівого стержня періодично зменшується. Зміна магнітних потоків призводить до зміни відповідних ЕРС, що наводяться в котушках крайніх стержнів. Вихідна напруга перетворювача рівна різниці ЕРС Епр правої обмотки і Ел лівої обмотки:

Одночасне періодичне збільшення однієї ЕРС і зменшення іншої приведе до амплітудної модуляції вихідної напруги. Несуча частота вихідної напруги рівна частоті напруги живлення, а частота модуляції є частотою перетворювача f_п яка змінюється відповідно до виразу (4.50).

При амплітудній модуляції несуча частота / повинна бути у декілька разів більше частоти модуляції. Для трансформаторних перетворювачів співвідношення між частотами задається виразом

Звідси можна набути значення максимальної частоти обертання. При

Таким чином, трансформаторні перетворювачі мають граничне значення вимірюваної частоти обертання, яке залежить від частоти мережі і числа зубців диска.