Mjerenje brzine vrtnje električnih strojeva

Mjerenje brzine vrtnje električnih strojeva potrebno je u svrhu upravljanja i nadzora

Tipovi mjerača brzine:

Tahogeneratori

Enkoderi

Rezolveri

Induktivni i magnetni senzori

� Prevladavaju inkrementalni enkoderi koji pretvaraju rotacijsko gibanje osovine u niz impulsa prikladnih za obradu

Tahogeneratori

Tahogenerator je električni stroj koji generira izlazni napon proporcionalan brzini vrtnje njegovog rotoraPodjela: Istosmjerni i izmjenični

Istosmjerni tahogeneratori

TGkTGU n= ⋅

Konstanta tahogeneratora

kTG (V/min-1) obično iznosi 10-80 V/1000 min-1

RCT

sTF

F

F

F

=

+=

1

1

Izmjenični tahogeneratori

� Aktivni mjerni pretvornik (pretvara mehanički u električki signal) –napon se inducira u namotima statora, dok je magnet učvršćen na osovinu stroja•Rotor može imati do 12 pari polova (p=12) što ovisi o mjerenoj brzini vrtnje•Frekvencija induciranog izmjeničnog napona f=pω ne smije biti premala (najmanje 4 do 10 Hz), kako bi nakon ispravljanja valovitost signala bila mala

� Rotor je izveden s permanentnim magnetima, a u statoru se nalazi namot� Pri vrtnji rotora u namotu statora se inducira EMS:� Proporcionalno brzini vrtnje mijenja se i napon i frekvencija

TG TGU k ω= ⋅

Rezolveri

Enkoderi

ApsolutniInkrementalni (relativni)

• Apsolutni enkoder proizvodi jedinstveni digitalni kod za svaki pojedini kut osovine.

• Inkrementalni enkoderi najčešće sukorišteni senzori za digitalnomjerenje brzine vrtnje.

• Mehanički se vežu s osovinommotora te pomoću optoelektroničkihkomponenti generiraju slijedelektričnih impulsa čija je frekvencijaproporcionalna brzini vrtnje. Na slici1 prikazani su osnovni dijelovi davačaimpulsa - disk, izvor svjetlosti (LED) i fotosenzor.

• Nedostatak opisane izvedbe jest nemogućnost određivanja smjeravrtnje, zbog čega većina modernih davača impulsa posjeduje dvaoptoelektronička sklopa kojima se generiraju dva fazno pomaknutapulsirajuća signala (kanali A i B).

• Informacija o smjeru vrtnje sadržana je u faznom pomaku ovihdvaju signala, koji ovisno o smjeru vrtnje poprima vrijednosti ± 90°el.

• Po obodu diska načinjena je optička rešetka koja se sastoji odsvijetlih i tamnih segmenata i nalazi se između izvora svjetlosti i fotosenzora.

• Svjetlosni tok pada na fotosenzor kada se na njegovom putu nalazisvijetli segment rešetke, a blokiran je kada mu se zbog rotacije diskana putu nalazi tamni segment. Na taj se način generira pulsirajućinapon na fotosenzoru koji se potom oblikuje u pravokutne impulse prikladne za brojanje pomoću odgovarajućih digitalnih sustava

Postupci digitalnog mjerenja brzine vrtnje

• P postupak

• T postupak

• P/T postupak

P postupak

Mjerenje brzine vrtnje temelji se na brojanju impulsa iz davača u

određenom vremenskom intervalu Td

Broj impulsa S1 pristiglih u vremenskom intervalu Td proporcionalan je

brzini vrtnje

P - broj impulsa davača po okretaju

Td - fiksni vremenski interval u kojem se broje impulsi

S1 - broj impulsa davača pristiglih u intervalu Td

11

d

60minn S

PT

− = Brzina

P postupak (2)

1

1 d

60minn

nQ

S PT

− = =

Rezolucija mjerenja - kvocijent brzine vrtnje i broja impulsa

Relativna pogreška

Mjerenje nije sinkronizirano s dolaskom impulsa zbog čega je kvaliteta

mjerenja narušena, osobito pri malim brzinama vrtnje. Najgori slučaj nastupa

ukoliko mjerenje započne neposredno nakon dolaska impulsa i završi

neposredno prije dolaska novog impulsa.

P postupak je prikladniji za mjerenje većih brzina vrtnje

d

2(%) 100

PTω

πε

ω= ⋅

P postupak primjer

Simulacija:

P = 1000 imp/okr, Td = 0.4 ms P = 4000 imp/okr, Td = 0.1 ms

Simulacija: rezolucija mjerenja

Postupak je temeljen na brojanju impulsa stalne frekvencije fcMjerenje je sinkronizirano impulsima iz davača, tj. započinje s rastućim

bridom impulsa i završava s rastućim bridom slijedećeg impulsa.

1

1 d

60minn

nQ

S PT

− = =

T postupak

11

d

60minn S

PT

− = Brzina

Rezolucija

1

2

min1

n

nQ

S

− = −

11

2

60mincf S

nP S

−⋅ =

P/T postupak

Brzina

Rezolucija

Postupak se temelji na brojanju impulsa S1 pristiglih iz davača i impulsa S2

stalne visoke frekvencije fc, unutar vremenskog intervala sinkroniziranog s

impulsima iz davača,

Mjerenje započinje na rastući brid impulsa iz davača i odvija se unutar

intervala Td

Interval ∆T traje od trenutka isteka intervala Tc do pojave prvog sljedećeg impulsa iz enkodera

Apsolutni enkoderi

• Nakon uključenja napajanjaodmah daje digitalnu kodiranuinformaciju o trenutnompoložajuosovine

• Binarni kod, BCD kod i najčešćiu uporabi Grayov kod–pouzdanije očitanje podataka(samo jedan bit se mijenjaizmeđu dva susjedna mjerenapoložaja)

• Pozicija 0 na slici označavapodručje od 0° do 22.5° (binarnakombinacija 0000),

• pozicija 1 od 22.5° do 45°(0001), pozicija 2 od 45° do 67.5° (0010) itd.

Mjerenje struje

• Obično se u sustavima mjere dvije struje dok se treća računa. Kod digitalnih sustava se koristi A/D pretvornik. Treba paziti na strujne transformatore jer je napon na izlazu visok, pa se koristi zaštita pomoću zener dioda

• Hallove sonde mjere struje do frekvecije od 100 kHz.

• Izlazni signal je normiran na 0 – 20 mA ili 4 – 20 mA.

• Na mjernom otporniku Rmmožemo izmjeriti napon u2 koji je proporcionalan ulaznoj struji i1.

• Osobine:

▫ 1. vrlo dobra dinamika,

▫ 2. mogućnost mjerenja istosmjernih, kao i izmjeničnih struja,

▫ 3. jednostavna prilagodljivost različitim rasponima mjerenestruje promjenom broja namotaja žice oko toroida.

SHUNTia

IZOLACIJSKO

POJAČALO

Obično je izolacijska razina kod izolacijskih pojačala 4 kV. Na slici je

prikazan simbol izolacijskog pojačala s dvije crte po dijagonali – to znači

galvansko odvajanje. Informacije se mogu prenositi optički ili

elektromagnetski.