unitatea de invatare 1
TRANSCRIPT
Girocompase
1 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Unitatea de învăţare nr. 1
GIROCOMPASE OBIECTIVELE unităţii de învăţare nr. 1
Principalele obiective ale Unităţii de învăţare nr. 1 sunt:
• Cunoaşterea importanţei pe care o are aparatul în actul de navigaţie şi în arhitectura sistemului
• Înţelegerea noţiunilor de bază • Familiarizarea cu fenomenele fizice care stau la baza
funcţionării aparatului • Sublinierea aspectelor practice • Recunoaşterea componentelor • Aplicarea cu succes a unor elemente simple de calcul
Cuprins Pagina
1.1 Rolul girocompaselor în navigaţie 3
1.2 Principiul de funcţionare 3
1.2.1 Momentul de inerţie al unui cilindru plin 4
1.2.2 Momentul de inerţie al unui tor giroscopic 5
1.2.3 Momentul cinetic al giroscopului 6
1.2.4 Inerţia rotorului giroscopic 7
1.2.5 Gradele de libertate ale rotorului giroscopic 8
1.2.6 Suspensia giroscopului cu trei grade de libertate 9
1.2.7 Precesia giroscopică 11
1.2.8 Transformarea giroscopului în girocompas prin metoda pendulară 13
1.2.9 Oscilaţiile neamortizate ale girocompasului 16
1.2.10 Amortizarea oscilaţiilor girocompasului 18
1.3 Erorile girocompaselor 21
Girocompase
2 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.3.1 Eroarea de viteză 21
1.3.2 Erorile balistice 24
1.3.3 Eroarea de balans 26
1.4 Giromotoare 27
1.5 Alimentarea giromotoarelor trifazate de curent alternativ 28
1.6 Echipamente giro 29
1.6.1 Sistemul de urmărire 30
1.6.2 Sistemul de transmitere şi distribuţie a semnalului alterare curs 32
1.6.3 Sistemul de alimentare 35
1.6.4 Sistemul de termoreglare 37
Teste de autoevaluare – unitatea de învăţare nr.1 39
Lucrări de verificare la Unitatea de învăţare nr.1 72
Răspunsuri la testele de autoevaluare 73
Bibliografie – unitatea de învăţare nr. 1 76
Girocompase
3 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.1 Rolul girocompaselor în navigaţie
Girocompasul1 este unul dintre aparatele de navigaţie folosite pentru determinarea cursului2 navei. Pentru orientarea pe mare, se mai foloseşte, dar cu erori mult mai mari, compasul magnetic3. Ambele sunt aparate primare de navigaţie deoarece oferă, nemijlocit de elementele vreunui sistem exterior, informaţia referitoare la orientarea navei. Funcţionarea compasului magnetic nu necesită alimentare cu energie electrică. Din punct de vedere cronologic, compasul magnetic a fost utilizat înainte de apariţia girocompasului.
Tot pentru orientarea pe suprafaţa terestră, navele moderne utilizează ca aparate de navigaţie, terminale ale unor sisteme înzestrate cu reţele de sateliţi artificiali. Din acest motiv, aceste terminale sunt considerate aparate secundare pentru orientare în timpul actului de navigaţie. Ele nu oferă informaţia instantanee referitoare la cursul navei, ci rezultatul unui calcul vectorial realizat pe baza coordonatelor a două poziţii succesive ocupate de navă.
În girocompas, torul giroscopic4 este, ca element de masă sporită, o parte componentă a rotorului unei maşini electrice.
Pentru a obţine un moment cinetic mare, rotorul trebuie să se învârtească prin exteriorul statorului maşinii electrice. De asemenea, pentru a obţine o viteză unghiulară considerabilă, frecvenţa tensiunii de alimentare a maşinii electrice trebuie să fie mare. Este nevoie de un bloc de conversie a energiei electrice pentru alimentarea giromotorului5 cu frecvenţă mărită.
1.2 Principiul de funcţionare Funcţionarea acestui aparat se bazează pe exploatarea unor proprietăţi fundamentale
pe care le posedă un corp solid rigid omogen aflat în mişcare de rotaţie: inerţia şi precesia. Corpul are un moment de inerţie apreciabil şi se roteşte cu o viteză unghiulară considerabilă în jurul axei sau al uneia dintre axele sale de simetrie. Un asemenea corp solid rigid omogen de rotaţie este, de exemplu6, un cilindru plin.
Fenomenul care apare, legat de masa, raza şi viteza unghiulară aplicată cilindrului, este următorul: poziţia axei principale de rotaţie rămâne fixă în spaţiul astral, independentă de mişcarea diurnă a Pământului. În aceste condiţii, cilindrul poartă denumirea de giroscop.
1 este cunoscut şi sub denumirea de compas giroscopic 2 termen folosit în navigaţia maritimă (în limba engleza heading); exprimă simultan atât direcţia cât şi sensul de deplasare al navei. Se foloseşte frecvent termenul marinăresc drumul navei 3 funcţionarea compasului magnetic se bazează pe interacţiunea dintre câmpul magnetic terestru şi câmpul
magnetic permanent al rotorului-indicator al aparatului 4 Corp solid de rotaţie având o construcţie specială care prezintă un moment de inerţie mărit 5 maşină electrică (de obicei asincronă) de construcţie specială, care conţine torul giroscopic 6 sferă, elipsoid, con etc
Girocompase
4 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.1 Momentul de inerţie al unui cilindru plin
Momentul de inerţie J al unui cilindru plin solid şi omogen (fig.1.1), calculat faţă de axa sa de simetrie / rotaţie, cu ajutorul integralei:
∫= dmrJ 2 (1.1)
unde: dm este masa elementului de volum7
r este distanţa faţă de axa de simetrie (fig.1.1).
h
R
drr
Fig.1.1 pentru calculul momentului de inerţie al unui cilindru plin
R – raza cilindrului plin r – raza stratului inelar
dr – grosimea stratului inelar h – înălţimea cilindrului
Masa elementului de volum este
rdrhdm ⋅= ρπ2
unde: h este înălţimea cilindrului, ρ este densitatea uniformă.
Ţinând cont şi de relaţia 1.1, rezultă:
422
4
0
3 cil
RR
hdrrhJcil
πρπρ == ∫ (1.2)
Având în vedere că:
7 elementul de volum se alege sub forma unui strat inelar de grosime dr (fig.1.1).
Girocompase
5 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
2
. cilciltrRS π= este suprafaţa transversală a cilindrului,
hRVcil
2π= reprezintă volumul cilindrului şi
cilcilmV =ρ reprezintă masa cilindrului, rezultă:
242
22R
mR
mJcilcil
==
Momentul de inerţie al cilindrului plin este:
2
2Rm
J cil= . (1.3)
1.2.2 Momentul de inerţie al unui tor giroscopic Momentul de inerţie al torului giroscopic ideal8 este evident:
2
mRJ = (1.4)
adică de două ori mai mare decât al cilindrului plin. Într-adevăr, momentul de inerţie al unui inel subţire, de masă m şi rază medie R faţă
de axa sa, se poate calcula împărţind inelul în n segmente, fiecare la distanţa R faţă de axă (fig.1.2), obţinând:
( ) 2
21
22
22
1
1
2
11
2 ...... RmmmrmrmrmrmJnnn
n
iii
+++=+++==∑=
=
,
adică:
2mRJ = (q.e.d.)
R
mi m1
m2
m3
Fig.1.2 pentru calculul momentului de inerţie al unui tor giroscopic
R – raza medie a torului mi – masa elementară
8 torul giroscopic ideal este de forma unui strat inelar de grosime dr (fig.1.2)
Girocompase
6 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.3 Momentul cinetic al giroscopului Fiecare particulă de masă mi, situată la distanţa ri de axa principală de rotaţie (fig.1.3),
are viteza liniară vi, tangentă la traiectoria circulară de rază ri, încât momentul cinetic al giroscopului este:
ii
n
ii vmrH
rrr×=∑
=1
(1.5)
0 xHr
ωr
nvr
ivr
1vr
irr
fig.1.3 pentru calculul momentului de cinetic al unui tor giroscopic
Vitezele liniare vi sunt legate de viteza unghiulară ω prin relaţia:
ii rvrrr
×= ω ,
deoarece ωr
este aceeaşi pentru întreg torul giroscopic. Prin urmare:
( ) 2
11i
n
iiii
n
ii rmrmrH ∑∑
==
=××= ωωrrrrr
întrucât 222
iii rrr =rr
.
Introducând momentul de inerţie definit prin relaţia (1.4), rezultă:
JH ⋅= ωrr
(1.6)
Girocompase
7 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.4 Inerţia rotorului giroscopic
Legea inerţiei afirmă că în lipsa vreunei interacţiuni, un corp solid rigid îşi păstrează momentul impulsului (cinetic), adică:
constH =r
(1.7)
În cazul unui giroscop liber, aceasta înseamnă că produsul J⋅ωr
rămâne constant, sub condiţia ca valoarea vitezei unghiulare să rămână constantă, suportul vectorului ω
r
păstrându-şi neschimbată direcţia în spaţiu. Aşadar, torul giroscopic căruia i s-a imprimat o viteză unghiulară considerabilă şi
constantă, îşi menţine axa principală de rotaţie paralelă cu ea însăşi, indicând aceeaşi direcţie în spaţiu.
φ
2φN
fig.1.4 Inerţia giroscopică
Observaţia este valabilă dacă asupra giroscopului cu trei grade de libertate nu acţionează nici o forţă având un suport exterior centrului giroscopului.
Proprietatea poartă numele de inerţie giroscopică. Pe durata unei revoluţii a Pământului, axa principală de rotaţie a giroscopului descrie
un unghi solid cu deschiderea 2φ.
Girocompase
8 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.5 Gradele de libertate ale rotorului giroscopic
Orice corp poate avea un număr maxim de 6 grade de libertate, adică poate executa • 3 mişcări de rotaţie, în jurul celor trei axe • 3 mişcări de translaţie, de-a lungul axelor
z
x
y’
y
x
z
0
z
x
y
fig.1.5 fig.1.6 numărul gradelor de libertate este N = 6 numărul gradelor de libertate este N = 3
Faptul că, pe lângă valorile crescute ale momentului de inerţie şi vitezei unghiulare, torul are libertate maximă de mişcare nu-i conferă calitatea de instrument de navigaţie.
Pentru a-i putea exploata principalele proprietăţi, inerţia şi precesia, trebuie ca torului să i se dea numai posibilitatea de efectuare a mişcărilor de rotaţie în jurul celor trei axe. Astfel numărul gradelor de libertate este N = 3 (fig.1.6), adică: - torul se poate roti liber în jurul axei de simetrie x – x’, axa principală (de rotaţie proprie) a giroscopului; - torul îşi poate modifica zenitul, rotindu-se în jurul axei y –y’; - torul îşi poate modifica azimutul, rotindu-se în jurul axei z – z’ În unele lucrări de specialitate există aprecierea că, în fapt, giroscopul pregătit pentru a deveni girocompas nu are 3 grade de libertate, ci două şi jumătate, pentru că mişcarea principală de rotaţie are un sens bine determinat, altfel girosfera s-ar orienta într-un sens diferit cu 1800.
Girocompase
9 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.6 Suspensia giroscopului cu trei grade de libertate
Giroscopul cu trei grade de libertate este un sistem format dintr-un rotor (tor giroscopic) şi o suspensie care asigură un punct fix pe axa de simetrie a rotorului.
Torul giroscopic este un solid rigid omogen de revoluţie, care are un moment de inerţie apreciabil şi care se roteşte cu o viteză unghiulară considerabilă în jurul axei sale de simetrie, aşa cum arată figura 1.7.
z
x
y’
y
x
z
fig.1.7 Suspensia giroscopului cu trei grade de libertate
1 – (ro)tor giroscopic 2 – inel (element) cardanic orizontal 3 – inel (element) cardanic vertical
Inelul cardanic vertical conţine perechea de lagăre de pe axa z – z’, în care pivotează
suspensia
În principiu, suspensia este asigurată de un sistem cardanic care constă în două elemente mobile:
- elementul cardanic orizontal, care se poate roti în jurul axei y – y’ - elementul cardanic vertical, care se poate roti în jurul axei z – z’.
Girocompase
10 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Mişcarea principală de rotaţie (engl: spin rotation) este posibilă datorită existenţei unei perechi de lagăre, conţinute de elementul cardanic orizontal, în care se poate roti cu frecări neglijabile, axul rotorului giro (fig.1.8).
fig.1.8
Elementul cardanic orizontal
Mişcarea de rotaţie în jurul axei y – y’, faţă de orizontul adevărat al locului (engl: tilt rotation), este posibilă datorită unei alte perechi de lagăre conţinute de elementul cardanic vertical (fig.1.9), în care se poate roti elementul cardanic orizontal.
Mişcarea de rotaţie în jurul axei z – z’, faţă de meridianul adevărat al locului, (engl: heading rotation) este posibilă datorită lagărelor (fig.1.7) sau lagărului din suportul suspensiei cardanice.
fig.1.9
Elementul cardanic vertical
Girocompase
11 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.7 Precesia giroscopică Definiţie: Polul giroscopului este un punct de pe axa principală de rotaţie, din care rotirea torului se observă în sens trigonometric (fig.1.10).
Dacă asupra axei principale a giroscopului se aplică o forţa exterioară F oarecare, axa principală se va roti într-un plan perpendicular pe suportul forţei, sensul mişcării fiind dat de regula burghiului drept. Această mişcare poartă numele de mişcare de precesie.
0
1Hr
ωr
nvr
ivr
1vr
irr H
rHdr
Fr
rr
pωr
fig.1.10
Precesia giroscopică
Dacă se lasă să acţioneze un moment exterior M, de exemplu prin atârnarea unei greutăţi de masă m la distanţa r de punctul de suspensie, atunci:
gmrFrMrrrrr
×=×= (1.8)
iar giroscopul (vârful vectorului se roteşte într-un plan perpendicular pe suportul
forţei F. Fenomenul poartă denumirea de precesie regulată; cauza acestei precesii este conţinută în teorema momentului cinetic (1.7) conform căreia acţiunea momentului unei forţe al cărei suport nu conţine centrul geometric şi de masă al giroscopului, produce o variaţie în timp a momentului cinetic:
dtMHd ⋅=rr
(1.9)
Girocompase
12 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Variaţia dH se produce pe direcţia momentului M al forţei F, adică perpendicular pe suportul vectorului moment cinetic H. În intervalul de timp dt, vectorul moment cinetic se roteşte cu unghiul:
H
Mdt
H
dHd ==α (1.10)
către H’ (fig.1.10), având loc mişcarea de precesie a giroscopului. Pentru viteza unghiulară a precesiei:
dt
dp
αω =
Rezultă din (1.8) şi (1.6):
ωω
ωJ
rmg
J
rF
H
Mp === (1.11)
În scriere vectorială:
FrMHp
rrrrr×==×ω
Observaţie:
Relaţia (1.9) este valabilă numai atât timp cât ω>>ωp; în caz contrar, viteza unghiulară rezultantă nu mai are direcţia lui H, astfel că nu mai poate fi folosită relaţia (1.6). Când ω devine prea mică, mişcarea de precesie devine instabilă.
Dacă asupra unui giroscop nesupus acţiunii vreunei alte forţe, se exercită un moment de rotaţie M de durată, cu direcţie constantă (diferit de fig.1.10, unde direcţia momentului forţei se roteşte împreună cu precesia), atunci, conform (1.7), H este îndreptat spre direcţia lui M.
Acest efect este folosit la compasul giroscopic: lăsând un giroscop să se mişte liber, de ex. într-un lagăr plutitor, doar într-un plan orizontal, rotaţia Pământului exercită un moment de rotaţie asupra giroscopului, care acţionează paralel cu suportul vitezei unghiulare a Pământului. Astfel axa giroscopului se îndreaptă permanent în direcţia polului nord geografic (navigaţie inerţială).
Momentele cinetice orbitale ale atomilor şi momentele cinetice proprii ale nucleelor atomice şi ale particulelor elementare, ca urmare a momentelor lor magnetice, capătă în câmp magnetic momente de rotaţie care duc, ca şi în cazul giroscopului, la mişcări de precesie:
- rezonanţa electronică de spin; - rezonanţa nucleară.
Girocompase
13 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.8 Transformarea giroscopului în girocompas prin metoda pendulară
Ataşând giroscopului o masă suplimentară ms cu un singur grad de libertate faţă de x-
x’ (suspendată de axă), se obţine coborârea centrului de greutate al ansamblului giroscop-masă suplimentară, sub centrul de suspensie.
Mărimea a reprezintă distanţa dintre centrul de greutate al giroscopului şi centrul masei suplimentare.
a
gcGr
msGr
fig.1.11 Coborârea centrului de greutate al ansamblului giroscop-masă suplimentară
Ansamblul poartă denumirea de girocompas pendular datorită faptului că giroscopul se comportă ca un pendul. Girocompasul astfel obţinut se mai numeşte şi girocompas cu centrul de greutate coborât.
Datorită inerţiei giroscopului şi mişcării de rotaţie a Pământului, direcţia axei principale de rotaţie x-x’ îşi schimbă poziţia faţă de meridian (fig.1.12).
Girocompase
14 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
θ
θ
fig.1.12 Mişcarea diurnă a Pământului provoacă apariţia momentului My
Urmărind fig.1.12, se poate observa că în poziţia I, axa principală a giroscopului este paralelă cu orizontul şi orientată pe direcţia E-W, iar axa orizontală y-y’ este perpendiculară pe planul figurii. În această poziţie, forţa de gravitaţie G este orientată de-a lungul axei z-z’, iar momentul acestei forţe în raport cu centrul de suspensie al giroscopului este nul. În acest caz nu are loc precesia şi axa principală nu-şi schimbă direcţia.
După un mic interval de timp, în care Pământul se roteşte cu unghiul θ (poz.II), capătul A al giroscopului are o mişcare aparentă de ridicare deasupra orizontului, iar capătul B are o mişcare de coborâre, astfel încât axa x-x’ face acum unghiul θ cu orizontul locului. Centrul de greutate al giroscopului se menţine în verticala locului, dar centrul de greutate al masei suplimentare iese din aceasta şi creează un moment în jurul axei y-y’, de mărime:
θsinaGM y ⋅= (1.12)
în care a este distanţa dintre centrul de greutate al giroscopului (Cgg) şi centrul de greutate al masei suplimentare (Cgm).
Girocompase
15 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Sub acţiunea forţei G care creează momentul My, apare precesia giroscopului în jurul axei sale de rotaţie z-z’, cu viteza unghiulară:
H
M y
p =ω (1.13)
gcGr
msGr
a
θ
fig.1.13
Momentul forţei Gms provoacă precesia şi aducerea axei principale de rotaţie înspre meridian
Mişcarea unghiulară de precesie aduce capătul A al giroscopului în meridian, dar nu
încetează atunci când axa principală este conţinută în planul meridianului, ci continuă datorită inerţiei sistemului, făcând ca girocompasul să iasă din nou din direcţia N-S.
Apar astfel oscilaţii neamortizate ale axei principale de rotaţie a girocompasului.
Girocompase
16 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.2.9 Oscilaţiile neamortizate ale girocompasului
Axa principală a girocompasului nu rămâne stabilă în planul meridianului, la sfârşitul precesiei regulate, ci oscilează în jurul acestuia, descriind (capătul A) o elipsă.
În figura 1.14 sunt prezentate proiecţiile succesive ale capătului A al giroscopului, pe un plan (Q) perpendicular pe planul meridianului locului, pe durata unui ciclu.
8pvr8gv
r
7pvr
1gvr
2gvr
2pvr
3pvr
4gvr4pv
r
5gvr
6gvr 6pv
r
αmax
θmax
θ6
N
M
M
W E
fig.1.14
Poziţiile succesive ocupate de girocompas corespunzătoare vitezelor de oscilaţie
Linia verticală MM’ reprezintă intersecţia planului Q cu planul meridianului. Linia orizontală EW reprezintă intersecţia planului Q cu planul orizontului. Punctul de intersecţie al celor două drepte reprezintă nordul (N).
În figura 1.14 au fost folosite următoarele notaţii:
- α- deviaţia unghiulară a axei principale faţă de meridianul locului; - θ- deviaţia unghiulară a axei principale faţă de orizontul locului;
- vg – viteza giroscopului faţă de orizont; - vp – viteza mişcării de precesie.
Girocompase
17 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Iniţial (poz.I), deviaţia unghiulară faţă de meridian este maximă (α max) şi este minimă în planul orizontului (θ = 0), axa principală a girocompasului mişcându-se cu o viteză vgmax faţă de orizont.
Din cauza mişcării de rotaţie a Pământului, în mod aparent, planul orizontului începe să coboare (poz.II) cu viteza vg2, căpătând o înclinaţie θ2. Sub acţiunea momentului forţei de gravitaţie a masei suplimentare, care creează precesia, axa principală se mişcă înspre meridian cu viteza vp2.
Pe măsură ce axa x - x se ridică deasupra orizontului şi se apropie de meridian, viteza vg scade, iar vp creşte, astfel că în poziţia a III-a, unde axa giroscopului ajunge în meridian (α3 = 0, iar θ = θmax), vg este nulă, iar vp este maximă. Precesia, maximă în acest punct, deplasează acum axa spre stânga (W) meridianului.
Planul orizontului începe să urce aparent şi axa să coboare cu viteza vg4 (poz.IV). Unghiul θ începe să scadă, în timp ce α creşte spre vest, astfel că vp se micşorează treptat, iar vg creşte, până când axa x - x ajunge din nou în orizont (θ5 = 0) deviată maxim spre vest faţă de meridian. Mişcarea de precesie încetează, dar coborârea aparentă a axei continuă sub orizont cu viteza vgmax. După coborârea axei sub orizont, precesia are loc spre est, cu viteză crescândă.
Axa principală de rotaţie a giroscopului ocupă succesiv poziţiile VI, VII…etc revenind în poziţia iniţială, după ce a descris o elipsă completă.
Dacă nici o altă forţă exterioară nu intervine, oscilaţiile au loc încontinuu, la aceeaşi amplitudine (nu se amortizează).
Perioada oscilaţiilor libere este dată de relaţia:
ϕπ
cos20
⋅⋅⋅Ω=
aG
HT (1.14)
unde:
- H este momentul cinetic al torului giroscopic; - Ω este viteza unghiulară a Pământului; - G este forţa de gravitaţie a masei suplimentare; - a este distanţa de la centrul de greutate al masei suplimentare la centrul (de
greutate) al giroscopului; - φ este latitudinea locului.
Elipsa oscilaţiilor este foarte elongată pe axa conţinută în planul orizontului, oscilaţiile eliptice apropiindu-se de oscilaţii plane. De exemplu, pentru o deviaţie unghiulară α max = 900, deviaţia unghiulară faţă de orizont este θmax = 2…30.
Practic, datorită forţelor de frecare din lagărele sistemului cardanic de suspensie al girocompasului, oscilaţiile girocompasului se amortizează pe durata câtorva săptămâni. Această durată naturală de amortizare este inacceptabilă pentru un aparat de navigaţie.
1.2.10 Amortizarea oscilaţiilor girocompasului
Girocompase
18 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Momentul forţelor de frecare din lagărele sistemului de suspensie cardanic este neînsemnat în raport cu momentul cinetic al torului, astfel încât oscilaţiile neamortizate pot avea loc timp de săptămâni. Este evidentă nevoia de a amortiza aceste oscilaţii, pentru a putea folosi girocompasul ca aparat de orientare în navigaţie.
La compasele giroscopice pendulare, metoda de amortizare a oscilaţiilor constă în ataşarea la partea superioară a sistemului cardanic de suspensie, a unui sistem de vase
comunicante cu ulei a cărui cale de comunicare între vase este paralelă cu axa principală de rotaţie a giroscopului (fig.1.15).
fig.1.15
Sistem hidraulic de amortizare a oscilaţiilor În poziţie orizontală, cantitatea de ulei din sistem asigură umplerea fiecărui vas la
jumătate de nivel. Pe calea de comunicare este prevăzută o minivană, cu ajutorul căreia se poate regla debitul uleiului care va circula între vase.
Oscilaţiile girocompasului sunt amortizate prin realizarea unei diferenţe de fază între perioada oscilaţiilor neamortizate ale axei principale a torului şi perioada oscilaţiilor nivelului uleiului în vasele comunicante.
Girocompase
19 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Diferenţa de fază optimă se obţine prin reglarea debitului cu ajutorul minivanei de pe calea de comunicare (diferenţa de fază optimă este de adică amplitudinile celor două oscilaţii trebuie să fie în cuadratură).
În figura G16 este prezentată traiectoria descrisă de proiecţia extremităţii A a torului giroscopic pe un plan vertical Q.
1
2
3
4
5
fig.1.16 Oscilaţiile amortizate ale girocompasului
Considerăm că viteza mişcării de precesie are două componente: - V - viteza precesiei principale; - v - viteza precesiei secundare, provocată de surplusul de lichid dintr-unul din
vasele comunicante. Viteza de ridicare sau coborâre faţă de orizont a unei extremităţi a axei principale
de rotaţie a torului se modifică la fel ca şi în cazul oscilaţiilor neamortizate, valoarea ei fiind proporţională cu deplasarea unghiulară faţă de meridian.
Poziţia 1
Girocompase
20 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
– axa principală este orizontală, deviată din planul meridianului cu unghiul α1; – forţa gravitaţională a masei suplimentare nu produce precesie, dar greutatea G1
corespunzătoare acumulării maxime de lichid în recipientul din dreapta (nord), provoacă precesia suplimentară v
– capătul nordic începe să se deplaseze către meridian. Poziţia 2 – axa principală a ajuns în meridian, unghiul θ este maxim, iar lichidul în cele două
vase s-a echilibrat; – asupra girocompasului acţionează numai forţa G care produce precesia principală
V, mai mică decât precesia totală (V + v); – axa principală trece la vest de meridian. Poziţia 3 – axa principală este în planul orizontului, aşadar forţa G nu produce precesie
principală. – lichidul are nivel mare în vasul dinspre sud, iar forţa G1 dă naştere precesiei
suplimentare v orientată spre meridian; – deviaţia unghiulară α fiind mai mică decât în cazul oscilaţiilor neamortizate, viteza
de coborâre (vg) a extremităţii marcate a giroscopului este mai mică, ceea ce produce o nouă amortizare.
Poziţia 4 – precesia principală şi precesia suplimentară sunt din nou în fază, ceea ce face ca
precesia totală (V + v) să mişte accelerat axa principală spre meridian.
După ce axa principală ajunge din nou în planul orizontului (poz.5), deviată la est de meridian cu α5 < α max, amortizarea continuă, nu după o traiectorie eliptică, ci după o spirală eliptică, astfel că după un timp oarecare, axa principală a girocompasului se stabilizează definitiv în meridian.
Raportul dintre deviaţiile unghiulare succesive de o parte şi de alta a meridianului, are o valoare constantă şi se numeşte factor de amortizare – fam, de forma
n
namf
α
α 1−= ,
unde αn şi αn-1 reprezintă deviaţiile sinfazice succesive de vârf
Valoarea aproximativă a factorului de amortizare se situează în intervalul 3…5 şi depinde de latitudinea locului.
1.3 Erorile girocompaselor
Girocompase
21 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
În comparaţie cu situaţia particulară a unui girocompas plantat cu sistemul său de suspensie pe suprafaţa terestră, la o latitudine oarecare (aflat în imobilitate faţă de repere terestre), girocompasul amplasat pe un postament solidar cu nava, suferă nu numai influenţa mişcării diurne a Pământului, ci şi influenţa mişcărilor navei (deplasarea într-un anumit drum, schimbările de viteză, schimbările de drum, ruliul şi tangajul etc). Aceste mişcări ale navei generează erori care alterează direcţia nord-girocompas (0Ng) în raport cu direcţia nord adevărat. În funcţie de cauzele care le provoacă, erorile girocompasului sunt:
- eroarea de viteză; - erori de acceleraţie (erori balistice); - eroarea de balans; - erori accidentale.
În afară de erorile variabile enumerate mai sus, există şi o eroare constantă de aliniere sau de colimaţie; ea constă într-o deviaţie unghiulară permanentă a habitaclului girocompasului faţă de axa longitudinală a navei.
1.3.1 Eroarea de viteză
În studiul transformării giroscopului liber în girocompas, s-a presupus că giroscopul se găseşte amplasat fix, într-un punct de pe Glob, la o latitudine oarecare ϕ , iar planul
orizontului se roteşte în spaţiu cu o viteză unghiulară Ω. Viteza tangenţială corespunzătoare acestui punct va fi:
ϕϕ cos⋅Ω=tv (1.15)
Să presupunem nava deplasându-se odată cu girocompasul cu o viteză v într-un drum
oarecare D (fig.1.17). Planul orizontului legat de navă va executa o mişcare circulară în jurul unei axe perpendiculare pe planul conţinând centrul Pământului şi vectorul v
r. Viteza
unghiulară a acestei mişcări circulare este:
R
v=ω (1.16)
în care R este raza Pământului. Viteza unghiulară a mişcării circulare a planului orizontului datorată mişcării de rotaţie
diurne a Pământului este dată de relaţia:
ϕcos1 ⋅Ω=Ωrr
(1.17)
Însumând cele două viteze unghiulare, se obţine viteza unghiulară rezultantă:
Girocompase
22 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
11 Ω+=rrr
ωω (1.18)
Construcţia vectorului viteză unghiulară rezultantă se face după cum urmează:
• Vectorul ωr
(viteza unghiulară a deplasării navei) se descompune într-o componentă aflată în plan ecuatorial ( Dcos⋅ω
r) şi o componentă pe axa polilor
( Dsin⋅ωr
).
• Vectorul 1Ωr
nu are componentă în plan ecuatorial ( ϕcos1 ⋅Ω=Ωrr
). Aşadar, componenta din axa polilor a vectorului viteză unghiulară rezultantă este
suma:
ϕω cossin ⋅Ω+⋅=ΩΣ
rrrD
φ
2γN
D
N
S
ωr
nvr
ivr
irr
Hr
Ωr
rr
pωr
fig.1.17 Eroarea girocompasului datorată vitezei navei
Direcţia vitezei unghiulare rezultante faţă de planul meridianului este dată de unghiul δ şi pe ea se stabilizează axa girocompasului de pe nava aflată în mişcare. Această direcţie se numeşte meridian giroscopic.
Deviaţia meridianului giroscopic faţă de meridianul geografic este dată de relaţia:
D
Dtg
sincos
cos
⋅+⋅Ω
⋅=
ωϕ
ωδ (1.19)
Se înlocuiesc vitezele unghiulare cu viteze tangenţiale, astfel:
Girocompase
23 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
DvV
Dv
DR
v
R
V
DR
v
tgsincos
cos
sincos
cos
⋅+⋅
⋅=
+
=ϕϕ
δ (1.20)
Deoarece viteza navei este dată în noduri (Mm/h), trebuie exprimată şi viteza
tangenţială a Pământului la Ecuator, în aceeaşi unitate de măsură. Viteza unghiulară de rotaţie a Pământului este:
Raza Pământului la Ecuator este R = 6378,388 km. Valoarea unei mile marine este 1Mm = 1853,18 m Rezultă raza Pământului, în mile marine:
MmRMm 861,344118,1853
10388,6378 3
=⋅
=
Aşadar, viteza tangenţială a Pământului la Ecuator este:
hMmh
Mm
h
RV Mm
Mm /0771,90124
861,34412
24
2=
⋅==
ππ
Înlocuind în (1.18), se obţine:
Dv
Dvtg
sincos0771,901
cos
⋅+
⋅=
ϕδ (1.21)
Deoarece δ are valori foarte mici, tangenta poate fi substituită cu mărimea arcului
(unghiului), iar viteza tangenţială a Pământului la Ecuator se aproximează la 900 Nd şi astfel:
Dv
Dvg
sincos900
cos
⋅+
⋅=
ϕδ (1.22)
Se poate concluziona că:
- eroarea girocompasului datorată vitezei navei (g) nu depinde de parametri constructivi ai girocompasului şi se poate calcula indiferent de tipul lui; - eroarea de viteză se calculează permanent - ea creşte odată cu latitudinea şi este proporţională cu viteza navei - eroarea este maximă în drumurile de nord (00) şi sud (1800); - eroarea este nulă în drumurile de est (900) şi vest (2700).
1.3.2 Erorile balistice
Girocompase
24 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
În timpul manevrei de întoarcere a navei, se produc variaţii bruşte de drum şi viteză. Ele imprimă girocompasului acceleraţii care dau naştere unor mişcări de precesie în jurul axei principale, numite precesii balistice. Odată cu variaţia drumului şi a vitezei navei, se produce şi variaţia erorii de viteză, adică deplasarea meridianului giro faţă de poziţia iniţială, într-un anumit sens determinat de caracterul întoarcerii navei.
Într-adevăr, considerând latitudineaϕ constantă, vom avea pentru un anumit drum
iniţial D1 şi o viteză iniţială v1, eroarea de viteză:
ϕδ
cos900
cos 111
Dvv
⋅= (1.23)
căreia îi corespunde meridianul giro Ng1 (fig.1.18).
navrot©SD2011
N
Ng1
δv1
δv2
D1
D2
Ng2
fig.1.18
Schimbarea drumului cauzează erori balistice
În noul drum D2 şi pentru noua viteză v2, la terminarea manevrei, vom avea o altă eroare de viteză:
Girocompase
25 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
ϕδ
cos900
cos 222
Dvv
⋅= (1.24)
căreia îi corespunde un alt meridian giro Ng2, deplasat unghiular în sensul în care s-a
deplasat meridianul giro. În principiu, pentru a asigura orientarea mai rapidă a axei principale în noua poziţie de
echilibru (noul meridian giro), se dezactivează dispozitivul de amortizare al oscilaţiilor înainte de începerea manevrei de schimbare de drum şi se cuplează din nou după ce aceasta s-a terminat. Totuşi, amortizarea oscilaţiilor se face destul de încet şi axa principală revine în noul meridian giro într-un interval de timp mult mai mare (1..2h) decât durata manevrei (câteva minute).
În urma mişcării de precesie balistică, axa principală a girocompasului poate ocupa, la terminarea manevrei, una din următoarele trei poziţii, în raport cu noul meridian giro:
a) coincide cu noul meridian giro, deplasându-se împreună cu acesta, dacă viteza precesiei balistice este egală cu viteza de deplasare a meridianului giro; evident, valoarea erorii balistice este zero;
b) depăşeşte meridianul giro, dacă viteza precesiei balistice este mai mare decât viteza de deplasare a meridianului giro;
c) rămâne în urma meridianului giro, deplasându-se mai puţin decât acesta, dacă viteza precesiei balistice este mai mică decât viteza de deplasare a meridianului giro.
În funcţie de aceste situaţii, trecerea axei principale a girocompasului în noua poziţie de echilibru poate fi:
- aperiodică (fără oscilaţii) în cazul a) şi - periodică (cu oscilaţii – fig.1.19) în cazurile b) şi c).
δbal
fig.1.19
Eroare balistică amortizată
Evident, cea mai avantajoasă trecere a axei principale în poziţia de echilibru, în ceea ce priveşte precizia şi stabilitatea girocompasului, este cea aperiodică.
1.3.3 Eroarea de balans
Girocompase
26 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Acest tip de eroare se produce la ruliu şi la tangaj, atunci când punctul de suspensie al girocompasului capătă o acceleraţie a cărei perioadă este foarte mică (6…15s) în comparaţie cu perioada oscilaţiilor girocompasului (1…2h). Valoarea maximă a acceleraţiei în cazul ruliului sau al tangajului este mult mai mare decât în timpul întoarcerii navei.
Valoarea erorii de balans depinde de latitudinea şi amplitudinea tangajului sau a ruliului. Ea creşte proporţional cu amplitudinea balansului.
Practic, eroarea de balans se înlătură prin utilizarea unui sistem format din două giroscoape cuplate printr-un sistem de pârghii antiparalelogram, astfel încât axele lor să facă între ele un unghi de 900 în lipsa precesiei (fig.1.20) şi un unghi mai mic, sub efectul ei (1.21).
fig.1.20
fig.1.21
1.4. Giromotoare
Girocompase
27 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Giromotoarele sunt maşini electrice din a căror componenţă fac parte giroscoapele (torurile giroscopice); mai precis, partea masivă a rotoarelor maşinilor este chiar torul (fig.1.22).
carcasa giromotorului
axul torului giroscopic
lagăr
carcasa giromotorului
Torul giroscopic
rotor în scurtcircuit
bobinaj statoric
miez feromagnetic statoric
fig.1.22 Secţiune prin giromotor
De obicei, giromotoarele sunt maşini asincrone de curent alternativ. Pentru a putea atinge turaţii relativ mari, ele se alimentează din surse cu frecvenţă mai
mare decât cea industrială (50/60Hz). Motivul este că nu poate fi depăşită limita impusă de relaţia
( )p
fsn
601−= (1.25)
unde: n este turaţia giromotoarelor; s este alunecarea electrică a giromotorului asincron; f este frecvenţa tensiunii de alimentare a giromotoarelor; p este numărul de perechi de poli statorici. Majoritatea giromotoarelor sunt maşini trifazate de curent alternativ.
1.5. Alimentarea giromotoarelor trifazate de curent alternativ
Girocompase
28 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Giromotoarele sunt încasetate într-o girosferă (aşa cum arată figurile 1.20 şi 1.21), al
cărei centru de greutate este coborât sub centrul ei geometric, ceea ce îi conferă efectul pendular.
Există două modalităţi de a alimenta şi respectiv de a configura perechea de giromotoare trifazate:
• alimentare trifazată directă; • alimentare monofazată utilizând condensatoare.
“U”
“W”
MA
3~
“V”
UCC
MA
3~
GIROMOTOR
1
GIROMOTOR
2
INVERTOR
TRIFAZAT
fig.1.23 Alimentare trifazată directă
În cel de-al doilea caz, alimentarea celor două giromotoare asincrone cu înfăşurări trifazate se face aplicând o tensiune monofazată într-o configuraţie ca cea din fig.1.24, utilizând condensatoare (C1, C2) pentru crearea defazajului necesar pornirii într-un acelaşi sens bine determinat.
“U”
“W”
MA
3~
UCC
MA
3~
GIROMOTOR
1
GIROMOTOR
2
INVERTOR
MONOFAZAT
C1
C2
fig.1.24 Alimentare monofazată utilizând condensatoare pentru defazaj
1.6. Echipamente giro
Girocompase
29 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Particularitatea aparatului electric de navigaţie care oferă informaţia referitoare la
alterarea cursului navei (∆Ψ) constă în faptul ca elementul sensibil ES este urmărit de o parte a interfeţei de prelevare. Această acţiune este îndeplinită de către elementul de
urmărire EU (fig.1.25). Pentru sistemul de urmărire, elementul sensibil iniţiază livrarea mărimii de intrare
RL∆Ψ, iar elementul de urmărire este obiect comandat şi hemiinterfaţă informatoare. Elementul de urmărire este de obicei solidar cu indicatorul grosier al cursului navei Ψ.
Pentru sistemul de reglare a temperaturii, mediul existent în ansamblul ES-EU este generator de informaţie şi ţintă pentru obiectul comandat de sistem – ansamblul climatizor.
Structura echipamentului giro este prezentată în fig.1.25 şi conţine: A. Ansamblul element sensibil – element de urmărire (ES-EU) B. Sistemul de urmărire C. Sistemul de distribuţie al informaţiei referitoare la alterarea cursului navei D. Sistemul de alimentare E. Sistemul de reglare al temperaturii mediului ES
indicator curs
elementsensibil
ES
Gbloc©STEFAND2011
Sistem reglare
temperatură
Sistem urmărire
Sistemalimentare
Sistem distribuţie
(data)curs
∆Ψ
Ψ
u∆ΨRL∆Ψθset
θact
EUInterfaţaprelevare
Ψ
fig.1.25 Schema bloc a echipamentului giro
1.6.1. Sistemul de urmărire
Girocompase
30 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Puntea pentru prelevarea semnalului diferenţă de curs (∆Ψ) este formată din înfăşurările primare L1, L2 ale transformatorului simetric TR şi cele două rezistenţe variabile RW1, RW2 ale lichidului-suport (care se formează între contactele captoare ale sferei de urmărire şi capetele benzii conductive ecuatoriale ale girosferei), înseriate cu rezistenţele R1, R2 ale coloanelor de lichid dintre suprafeţele conductive ecuatoriale şi domul conductiv inferior al girosferei (fig.1.26 şi fig.1.27).
Ualim Uamp
Rsup
Rinf
RW1 RW2
R1
R2
L1
L2
fig.1.26 prelevarea semnalului
„eroare de curs”
RW1
RW2
L1
R1
L2
R2
Ualim Uamp
TR
L3
fig.1.27 puntea Wheatstone echivalentă
Girocompase
31 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Orice modificare a cursului navei (Ψ) are drept rezultat schimbarea poziţiei unghiulare a elementului de urmărire (sferei de urmărire) faţă de elementul sensibil orientat în meridian. Această modificare mecanică se traduce în dezechilibrarea punţii Wheatstone (fig.1.27) ce are în alcătuire două elemente rezistive (RW1 şi RW2) reprezentate de coloanele de lichid-suport (mediu interstiţiu) dintre electrozii de urmărire ai sferei de urmărire şi banda conductivă ecuatorială a girosferei (fig.1.26).
Inegalitatea valorilor rezistenţelor coloanelor de lichid generează inegalitatea curenţilor
care străbat înfăşurările primare ale transformatorului simetric şi, drept urmare, apariţia unei tensiuni cu o anumită fază în secundarul transformatorului
002211 ≠⇒≠+ ampWW URIRI (1.26)
Această tensiune este comparată cu o referinţă (uref) şi amplificată înainte de a fi
aplicată electromotorului de urmărire
( )refampserv UUkU += (1.27)
Sensul de rotaţie şi numărul de revoluţii al acestuia trebuie să compenseze prin
demultiplicare, decalajul unghiular dintre EU (sfera de urmărire) şi ES (fig.1.28).
indicator curs (roza de 3600)
elementsensibil
(ES)
Gurm©STEFAND2011
1/2interfaţăprelevare
(transformatorsimetric)
amplificator
urmărireservomotor
Mecanismdemultiplicator
datacurs
T
element urmărire
(EU)
uref
∆Ψ
Ψ
uamp userv
k∆Ψ
RL∆Ψ
u∆Ψ
fig.1.28 Schema bloc a sistemului de urmărire giro
1.6.2. Sistemul de transmitere şi distribuţie a semnalului alterare
Girocompase
32 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
curs
Un mecanism demultiplicator angrenat de electromotorul de urmărire antrenează transmiţătorul de curs (T), iar acesta livrează semnalul ∆Ψu corespunzător alterării cursului.
Funcţia de transfer realizată de transmiţător este
∆Ψ= ∆Ψ
ree
VoltuT
degχ (1.28)
Distribuitorul este un nod de pompaj energetic. Randamentul lui este dat de relaţia
cons
rec
distrP
P∑=η (1.29)
Repetitoarele giro şi receptoarele înglobate în celelalte aparate electrice de navigaţie
primesc un răspuns. Aceste receptoare sincrone reprezintă referinţa de curs pentru evaluarea celorlalte informaţii referitoare la navigaţie.
Traseul navei poate fi monitorizat cu ajutorul înregistratorului de curs.
semnal alterare curs
distribuitor
Repetitoare
giro
Inregistrator
de curs
Receptoarein
aparate de navigatie
T
De la mecanismul demultiplicatoral sistemului de urmărire
u∆Ψ∆Ψ
Gdistr©STEFAND2011
Pcons
ΣPrec
fig.1.29 Schema bloc a sistemului de distribuţie giro
Schema electrică a unui sistem de distribuţie giro este prezentată în fig. 1.30.
Girocompase
33 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Motoarele pas cu pas MPP sunt bifazate şi acţionate prin perechea de amplificatoare
echipate cu transistoarele de putere T1…T4, activate de operaţionalele AO şi primind nivele
de tensiune stabilite matricial de porţile şi rezistoarele din figură.
actioMPPMrezol2U©StefanDordea2011
NUM
REV
MPP 1
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
-Ucc
-Ucc
L1
L2
L3
L4
Q1
Q2
Q3
Q4
U/D
CL
Tact S
Tact Tact D
Tact
sens
2R
2R
8R
8R
4R
4R
8/7R
8/7R
A1
B1
C1
A2
B2
C2
&
&
RD1
RD2
+Ucc
T1 T3
T2 T4
-Ucc
AO
+Ucc
T1 T3
T2 T4
-Ucc
AO
MPP n
MPP 2
u1
u2
fig.1.30
Schema sistemului de distribuţie giro pentru repetitoare pas cu pas
Formele de undă ale tensiunilor care alimentează înfăşurările motoarelor pas cu pas din repetitoarele giro sunt date în fig.1.31.
Existenţa repetitoarelor circulare în bordurile navelor este justificată de necesitatea preluării relevmentelor terestre, utilizând în combinaţie cu repetitorul giro instrumentul de navigaţie cunoscut sub denumirea de alidadă. Această configuraţie este o normă impusă de registrele navale internaţionale.
Girocompase
34 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
6
5
7
8
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
6
5
7
8
u2
u1
fig.1.31
Formele de undă ale tensiunilor pe faze
Girocompase
35 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.6.3. Sistemul de alimentare
Pentru a putea obţine turaţii ale rotoarelor giro mai mari decât pn /)60(50= , se
foloseşte conversia dublă de energie fig.1.30. Tensiunea alternativă a bordului este mai întâi redresată (prima etapă de conversie) şi
apoi inversată (a doua etapă de conversie) într-o tensiune alternativă cu frecvenţă mai mare decât a tensiunii alternative a bordului (50-60Hz).
elementsensibil
Gbloc©SD2001
Sistem reglare
temperatură
Sistem urmărire
Sistem
distribuţiedatacurs
redresorinvertorstabilizator Selectorautomat
Tensiune alternativă
f=50/60Hz
Tensiune continuă
27V
ualimualim ualimustab
ustab
ustab ustab
uredr
27V
fig.1.30
Schema bloc a sistemului de alimentare giro
Selectarea automată a sursei de alimentare este normă de registru internaţional. Atunci când tensiunea alternativă a bordului dispare,, girocompasul se alimentează din
baterii de acumulatoare (27V). Există două posibilităţi de a alimenta sistemul din surse primare (chimice) de energie:
• Baterii cu plumb 6x2,2V=13,2V; două baterii conectate în serie VU sel 4,26=
• Baterii alcaline 10x1,35V=13,5V; două baterii conectate în serie VU sel 27= .
Girocompase
36 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Alimentarea elementului sensibil presupune de fapt alimentarea (ualim) giromotoarelor din interiorul girosferei. Transferul de energie are loc prin intermediul lichidului-suport (Rsup, Rinf) astfel: - la girosferele alimentate trifazat, sunt folosite suprafeţele conductive superioară,
ecuatorială şi inferioară; - la girosferele alimentate monofazat (fig.1.31) sunt folosite suprafeţele conductive
inferioară şi superioară. Pentru a putea obţine turaţii ale rotoarelor giro mai mari decât pn /)60(50= , se
foloseşte conversia dublă de energie.
Ualim Uamp
Rsup
Rinf
RW1 RW2
L1
L2
fig.1.31 Alimentarea giromotoarelor într-un sistem monofazat
Obţinerea unei turaţii de aproximativ 21000 rot/min este posibilă prin alimentarea giromotoarelor la o frecvenţă de 330…340Hz (considerând că giromotoarele asincrone au o singură pereche de poli).
Girocompase
37 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
1.6.4. Sistemul de termoreglare
Încălzirea şi, respectiv răcirea lichidului-suport sunt controlate pentru a păstra constantă temperatura mediului interstiţiu.
Elementele care asigură această automatizare sunt: • elementul termosensibil (traductor de prelevare a temperaturii – θact); • adaptorul (interfaţa element termosensibil – element climatizor); • ansamblul climatizor format din elementele executoare (rezistenţe de încălzire şi
ventilaţie). Elementul termosensibil este imersat în lichidul-suport.
Prima conversie are loc în mediul interstiţiu şi constă în schimbul de căldură dintre elementul sensibil şi elementul de urmărire
=
gr
gr
set
acterst
θ
θχ int (1.30)
element
sensibil
Gtemp©SD2001
Traductordiferenţial prelevare
temperatură
Adaptor climatizor
element urmărire
Mediuinterstiţiu
θref
θact uθdiff
θset
uθ
fig.1.32 activarea adaptorului pe baza alterării temperaturii.
A doua conversie are loc într-un mediu referenţial; compararea temperaturii actuale a
lichidului-suport cu temperatura de referinţă rezultă în obţinerea unei tensiunii care activează sistemul de climatizare.
( )
−=
Gr
Volt
sign
u
refact
diff
Diffθθ
χθ
(1.31)
=
Volt
Volt
u
u
diff
adapt
θ
θχ (1.32)
Girocompase
38 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
De reţinut!
În girocompas, torul giroscopic este o parte componentă a rotorului unei maşini electrice.
Giroscopul cu trei grade de libertate este un sistem format dintr-un rotor (tor giroscopic) şi o suspensie care asigură un punct fix pe axa de simetrie a rotorului.
Torul giroscopic este un solid rigid omogen de revoluţie, care are un moment de inerţie apreciabil şi care se roteşte cu o viteză unghiulară considerabilă în jurul axei sale de simetrie.
Pentru a obţine un moment cinetic mare, rotorul trebuie să se învârtească prin exteriorul statorului maşinii electrice. De asemenea, pentru a obţine o viteză unghiulară considerabilă, frecvenţa tensiunii de alimentare a maşinii electrice trebuie să fie mare. Este nevoie de un bloc de conversie a energiei electrice pentru alimentarea giromotorului9
cu frecvenţă mărită. Pentru a putea obţine turaţii ale rotoarelor giro mai mari decât
pn /)60(50= , se foloseşte conversia dublă de energie.
Tensiunea alternativă a bordului este mai întâi redresată (prima etapă de conversie) şi apoi inversată (a doua etapă de conversie) într-o tensiune alternativă cu frecvenţă mai mare decât a tensiunii alternative a bordului (50-60Hz).
Alimentarea elementului sensibil presupune de fapt alimentarea giromotoarelor din interiorul girosferei. Transferul de energie are loc prin intermediul lichidului-suport astfel: - la girosferele alimentate trifazat, sunt folosite suprafeţele
conductive superioară, ecuatorială şi inferioară; - la girosferele alimentate monofazat sunt folosite suprafeţele
conductive inferioară şi superioară. Încălzirea şi, respectiv răcirea lichidului-suport sunt controlate
pentru a păstra constantă temperatura mediului interstiţiu.
Prima conversie are loc în mediul interstiţiu şi constă în schimbul de căldură dintre elementul sensibil şi elementul de urmărire.
A doua conversie are loc într-un mediu referenţial; compararea temperaturii actuale a lichidului-suport cu temperatura de referinţă rezultă în obţinerea unei tensiunii care activează sistemul de climatizare.
9 maşină electrică (de obicei asincronă) de construcţie specială, care conţine torul giroscopic
Girocompase
39 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Teste de autoevaluare TESTUL nr. 31
G931. În schema echivalentă din fig.1.33, deviaţia unghiulară a elementului de urmărire giro faţă de elementul sensibil orientat se manifestă prin modificarea valorii
a) inductivităţilor L1, L2 b) rezistenţelor RW1, RW2 c) rezistivităţilor volumelor de lichid suport R1, R2
RW1
RW2
L1
R1
L2
R2
U1 U2
TR
L3
fig.1.33
Schema echivalentă a Punţii Wheatstone
Girocompase
40 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G 4201. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 200 Hz
a) 12000 rot/min b) 6000 rot/min c) 18000 rot/min
G001. Girocompasul este un aparat de navigaţie utilizat pentru indicarea
a) direcţiei navei b) sensului de navigaţie c) cursului navei
G031. Erorile balistice ale girocompaselor depind direct proporţional de
a) tangajul navei b) silueta navei c) folosirea efectului Doppler d) utilizarea unei perechi de
giromotoare
e) viteza de giraţie a navei
TESTUL nr. 32
G 4202. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 250 Hz
a) 7500 rot/min b) 15000 rot/min c) 18000 rot/min
Girocompase
41 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G932. Acţionarea prezentată în fig. 9.32 pentru motorul pas cu pas din repetitorul giro trebuie să realizeze:
a) defazajul de o jumătate de perioadă a două tensiuni sintetice
b) defazajul de o perioadă a două tensiuni sintetice
c) defazajul de un sfert de perioadă a două tensiuni sintetice
d) sincronismul a două tensiuni sintetice
+Ucc
T1 T3
T2 T4
MPP
actioMPPU rezol2U© SD2005
NUM
REV
“A” B
-Ucc
Ucc
Ucc
“D” E
&
&
&
&
&
&
&
&&
&
&
-Ucc
-Ucc
L1
L2
L3
L4
Q1
Q2
Q3
Q4
U/D
CL
Tact S
Tact Tact D
Tact
sens
R
R
4R
4R
2R
2R
8/7R
8/7R
A1
B1
C1
A2
B2
C2
fig.9.32
Acţionarea motorului pas cu pas din repetitorul giro
G002. Funcţionarea girocompasului se bazează pe exploatarea
a) greutăţii unui tor giroscopic b) vitezei unghiulare a unui giroscop
liber
c) momentului de inerţie al unui giroscop liber
d) precesiei unui giroscop cu trei grade de libertate
Girocompase
42 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G032. Utilizarea compaselor monogiroscopice poate fi substituită prin folosirea
a) sondei ultrason b) lochului Doppler c) utilizarea unei perechi de
giromotoare
d) compaselor bigiroscopice e) giroscopului cu trei grade de
libertate
TESTUL nr. 33
G003. Momentul de inerţie al unui tor giroscopic este
a) 2
2
1mRJ =
b) 22
2
mR
c) 2
mR
d) 2mR
G033. Sensul de rotaţie al motorului de urmărire depinde de
a) polaritatea tensiunii de alimentare a amplificatorului de urmărire
b) raportul rezistenţelor coloanelor de lichid din interfaţă c) semnul tensiunii de alimentare a punţii Wheatstone
G 4203. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 300 Hz
a) 12000 rot/min b) 6000 rot/min c) 9000 rot/min
Girocompase
43 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G933. Stabilizatorul din schema prezentată în fig. 1.35 se alimentează cu
a) tensiunea alternativă a bordului b) tensiune continuă sau tensiune alternativă, în
funcţie de regimul de lucru al girocompasului
c) tensiune continuă de 24V, indiferent de regimul de lucru al girocompasului
d) tensiune stabilizată
elementsensibil
Gbloc© SD2001 GIROCOMPAS - Sistemul de alimentare
Sistem reglare
temperatura
Sistem
urmarire
Sistem
distributiedatacurs
redresorinvertorstabilizatorSelectorautomat
Tensiune alternativa
f=50/60Hz
Tensiune continua
24V
fig. 1.35
Schema bloc a girocompasului
TESTUL nr. 34
G 4204. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 350 Hz?
a) 21000 rot/min b) 9000 rot/min c) 10500 rot/min
Girocompase
44 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G004. Momentul de inerţie al unui tor giroscopic este
a) o constantă constructivă b) proporţional cu momentul cinetic c) se află în legătură directă cu viteza unghiulară a
torului giroscopic
G934. Care este valoarea deplasării unghiulare elementare (incrementul unghiular) pentru motorul pas cu pas al unui repetitor giro ca cel din fig.1.36, dacă raportul dintre numărul de poli rotorici şi numărul de perechi de poli statorici este 2/3:
a)
2
π
b)
3
π
c)
6
π
N
S
B C
II
II
III
III
I
I
A D E F
MPPTsep©SD2005
fig.1.36 Motor trifazat pas cu pas
Girocompase
45 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G034. Pentru a obţine o turaţie de aproximativ 18000 rot/min (neglijând alunecarea electrică) în cazul unui giromotor asincron având două perechi de poli statorici, este necesară o tensiune alternativă de alimentare cu frecvenţa de
a) 600 Hz b) 300 Hz c) 900 Hz
TESTUL nr. 35
G005. Rotorul giroscopic ce intră în componenţa girocompasului, are
a) două grade de libertate b) trei grade de libertate c) patru grade de libertate d) şase grade de libertate
G035. Frecvenţa tensiunii de alimentare a giromotoarelor asincrone
a) depinde de frecvenţa tensiunii de alimentare a navei din centrala bordului
b) depinde de tensiunea de alimentare a convertorului
c) se stabileşte în funcţie de numărul de perechi de poli statorici
d) depinde de alunecarea electrică a giromotoarelor asincrone
e) depinde de curentul de sarcină al giromotoarelor asincrone
Girocompase
46 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G935. Schema din fig.1.29 prezintă o configuraţie de conectare
a) serie-paralel a giromotoarelor asincrone
b) serie a giromotoarelor asincrone c) paralel a giromotoarelor
asincrone
“U”
“W”
MA
3~
“V”
UCC
MA
3~
GIROMOTOR
1
GIROMOTOR
2
INVERTOR
TRIFAZAT
fig.1.29 Alimentarea giromotoarelor
G 4205. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 400 Hz
a) 12000 rot/min b) 6000 rot/min c) 18000 rot/min
TESTUL nr. 36
G 4206. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 450 Hz
a) 12000 rot/min b) 13500 rot/min c) 27000 rot/min
Girocompase
47 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G936. Acţionarea prezentată în fig. 1.37, pentru motorul pas cu pas din repetitorul giro, trebuie să realizeze:
a) defazajul de o jumătate de perioadă a celor trei tensiuni sintetice
b) defazajul de o perioadă a celor trei tensiuni sintetice
c) defazajul de o treime de perioadă a celor trei tensiuni sintetice
d) defazajul de un sfert de perioadă a celor trei tensiuni sintetice
e) sincronismul celor trei tensiuni sintetice
+Ucc
B
T1 T3 T5
T2
3 TRAFO
SEPAR
3 TRAFO
SEPAR
µCTRL
T4 T6
actioMPPTcomCTRL© SD2005
1
3
5
2
4
6
IS
IS
A
IP
IP
MPPTC
B com
-Ucc
Ucc
Ucc
fig.1.37 Acţionarea motorului pas cu pas din repetitorul giro
G.006. Numărul gradelor de libertate ale rotorului giroscopic se referă la posibilitatea acestuia de a efectua
a) patru mişcări de rotaţie b) două mişcări de rotaţie şi o
translaţie
c) trei mişcări de rotaţie d) trei translaţii e) trei translaţii şi trei mişcări de
rotaţie
Girocompase
48 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G036. Eroarea minimă de viteză a girocompasului se constată în
a) drumuri N – S b) drumuri E – W c) lipsa forţelor perturbatoare
TESTUL nr. 37
G937. Acţionarea de putere prezentată în fig. 1.38 pentru motorul pas cu pas din repetitorul giro este:
a) o acţionare monopolară bifazată b) o acţionare bipolară bifazată c) o acţionare pentapolară d) o acţionare tetrapolară
+Ucc
TU1 TU3
TU2 TU4
MPP
8COMBIPOL©SD2005
A B
E
D
TV3
TV4
TV1
TV2
fig.1.38
Acţionarea de putere pentru motorul pas cu pas
G 4207. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 500 Hz
a) 15000 rot/min b) 30000 rot/min c) 18000 rot/min
Girocompase
49 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G007. În figura 1.39, axa azimutală de rotaţie a rotorului giroscopic este
xx’
y
y’
z’
z
fig. 1.39
a) x-x’ b) y-y’ c) z-z’ d) x-y’
TESTUL nr. 38
G 4208. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 550 Hz
a) 33000 rot/min b) 16500 rot/min c) 18000 rot/min
Girocompase
50 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G938. Comanda acţionării motorului pas cu pas din fig.1.40 asigură:
a) stocarea programului de acţionare
b) rularea secvenţială a acţionării c) memorarea stărilor
transistoarelor de putere
d) protecţia la supratensiuni
+Ucc
B
T1 T3 T5
T2
3
TRAFO
SEPAR
3
TRAFO
SEPAR
sens
NU
MĂ
RĂ
TO
RR
EV
ER
SIB
IL
T4 T6
actioMPPTcom©SD2005
1 3
5
2 4
6
IS
IS
A
IP
IP
MPPTC
B com
-Ucc
Ucc
Ucc
GENERATOR de TACT
fig.1.40 Acţionarea motorului pas cu pas din repetitorul giro
G008. Rotorul giroscopic îşi poate modifica zenitul, rotindu-se în jurul axei
a) x-x’ b) y-y’ c) z-z’ d) x-y’
G038. Interfaţa de prelevare a cursului navei livrează amplificatorului de urmărire un semnal proporţional cu
a) viteza unghiulară a rotoarelor giro b) frecvenţa tensiunii de alimentare a giromotoarelor c) deviaţia unghiulară dintre elementul sensibil şi
elementul de urmărire
TESTUL nr. 39
Girocompase
51 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G939. Secţiunea de putere a schemei prezentată în fig.1.41 asigură
a) stocarea programului de acţionare
b) rularea secvenţială a acţionării c) acţionarea monopolară a MPP
din repetitorul giro
d) acţionarea bipolară a MPP din repetitorul giro
d) protecţia la supratensiuni
+Ucc
TU1 TU3
TU2
µCTRL
TU4
MPP
4COMBIPOL©SD2005
D – E
4
TRAFO
SEPAR
INTERF
SEC
INT
PRIM
A B
fig.1.41 Secţiunea de putere a acţionării
G009. Rotorul giroscopic îşi poate modifica azimutul, cu ajutorul sistemului cardanic, rotindu-se în jurul axei
a) x-x’ b) y-y’ c) z-z’ d) x-y’
G039. Mărimea electrică de la ieşirea amplificatorului de urmărire
Girocompase
52 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
depinde de
a) polaritatea semnalului livrat de puntea Wheatstone b) faza semnalului livrat de interfaţa de prelevare a
cursului navei
c) amplitudinea semnalului de la intrarea amplificatorului d) de toate cele enumerate mai sus
G 4209. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 600 Hz
a) 12000 rot/min b) 36000 rot/min c) 18000 rot/min
TESTUL nr. 40
G010. Momentul cinetic al rotorului giroscopic este
a) proporţional cu masa sa b) proporţional cu momentul său de inerţie c) direct proporţional cu viteza sa unghiulară d) egală cu produsul J⋅ω
G 4310. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 700 Hz
a) 42000 rot/min b) 16000 rot/min c) 21000 rot/min
G040. Frecvenţa tensiunii de alimentare a giromotoarelor asincrone
Girocompase
53 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
a) depinde de frecvenţa tensiunii de alimentare a bordului
b) depinde de tensiunea de alimentare a convertorului giro
c) se stabileşte în funcţie de numărul de perechi de poli statorici
TESTUL nr. 41
G941. Cealaltă jumătate a interfeţei de prelevare prezentată în fig.1.42 este formată din
a) inductanţele transformatorului simetric b) rezistenţele coloanelor de lichid conductiv
corespunzătoare electrozilor de urmărire
c) rezistenţele înseriate ale volumelor de lichid conductiv
indicator curs (roza de 3600)
elementsensibil
(girosfera)
G.SU©SD2001 GIROCOMPAS - Sistemul de urmarire
1/2interfataprelevare
(transformatorsimetric)
amplificator
urmarireservomotor
Mecanismdemultiplicator
data (alterare) curs
Tsfera de urmarire
fig.1.42
Preluarea semnalului curs G011. Un observator aflat la Polul Nord constată că axa principală de
Girocompase
54 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
rotaţie a unui giroscop, care era orientată iniţial ( 0=t ) pe direcţia N-S,
a) descrie o evolventă b) descrie un plan perpendicular pe axa polilor c) nu efectuează nici o mişcare aparentă d) descrie o exponenţială
pe durata a 24 de ore.
G041. Activarea elementelor sistemului de termoreglare giro depinde de
a) tensiunea de alimentare a elementului termosensibil b) temperatura mediului dintre elementul sensibil şi
elementul de urmărire
c) temperatura mediului ambiant G 4211. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 200 Hz
a) 12000 rot/min b) 6000 rot/min c) 18000 rot/min
TESTUL nr. 42
G012. Un observator aflat la Polul Nord constată că axa principală de rotaţie a unui giroscop, care era iniţial ( 0=t ) perpendiculară pe direcţia N-S,
a) descrie o evolventă b) descrie un plan perpendicular pe axa polilor c) nu efectuează nici o mişcare aparentă d) descrie o exponenţială
pe durata a 24 de ore.
G942. Diagrama din fig.1.43 reprezentând tensiunile de alimentare ale
Girocompase
55 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
motorului pas cu pas din repetitorul giro arată că
a) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice
este 4
π
b) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice
este 3
π
c) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice
este 2
π
d) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice este π
U1
U2
fig.1.43 τensiunile de alimentare ale
motorului pas cu pas din repetitorul giro
G 4212. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 250 Hz
a) 12000 rot/min b) 15000 rot/min c) 18000 rot/min
G042. Ce turaţie atinge un giromotor asincron având două perechi de
Girocompase
56 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
poli statorici (neglijând alunecarea electrică), în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 600 Hz
a) 12000 rot/min b) 24000 rot/min c) 18000 rot/min
TESTUL nr. 43
G943. Utilizarea unei perechi de giromotoare asincrone cuplate mecanic într-un dispozitiv antiparalelogram (fig.1.20) reduce
a) Eroarea de viteză b) Eroarea de balans c) Erorile balistice
fig.1.20 Dispozitiv antiparalelogram
G043. Ce turaţie atinge un giromotor asincron având trei perechi de poli
Girocompase
57 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
statorici (neglijând alunecarea electrică) şi tensiunea de alimentare are frecvenţa de 600 Hz
a) 12000 rot/min b) 24000 rot/min c) 18000 rot/min
G 4213. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 300 Hz
a) 12000 rot/min b) 15000 rot/min c) 18000 rot/min
G013. Un observator aflat la Ecuator constată că axa principală de rotaţie a unui giroscop, care era iniţial ( 0=t ) în planul orizontului şi pe direcţia N-S,
a) descrie o evolventă b) descrie un plan perpendicular pe
axa polilor
c) nu efectuează nici o mişcare aparentă
d) descrie o exponenţială pe durata a 24 de ore.
TESTUL nr. 44
G 4214. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 350 Hz
a) 21000 rot/min b) 15000 rot/min c) 18000 rot/min
G944. Secţiunea de putere T1...T4 din schema arătată în fig. 1.44
Girocompase
58 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
reprezentând o acţionare cu undă sintetică a motorului pas cu pas din repetitorul giro, asigură
a) alimentarea bipolară monofazată a motorului pas cu pas
b) alimentarea monopolară bifazată a motorului pas cu pas
c) alimentarea monopolară monofazată a motorului pas cu pas
d) alimentarea bipolară bifazată a motorului pas cu pas
+Ucc
T1 T3
T2
MUX
T4
MPP
actioMPPTU2U©SD2005
B-E
4
TRAFO
SEPAR
INTERF
SEC
INT
PRIM
A D
µCTRL
C-F
8
-Ucc
Ucc
Ucc
fig.1.44
G014. Un observator aflat la Ecuator constată că axa principală de rotaţie a unui giroscop, care era iniţial ( 0=t ) în planul orizontului şi perpendiculară pe direcţia N-S,
a) descrie o suprafaţă conică b) descrie o suprafaţă cilindrică c) nu efectuează nici o mişcare d) descrie un plan perpendicular pe
axa polilor
pe durata a 24 de ore.
G044. Care este numărul de perechi de poli statorici ai unui giromotor
Girocompase
59 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
asincron (neglijând alunecarea electrică) alimentat la frecvenţa de 400 Hz, la o turaţie de 24000 rot/min
a) p = 2 b) p = 1 c) p = 6
TESTUL nr. 45
G945. Semnalul livrat de transmiţătorul T (din fig.1.45) distribuitorului este
a) o mărime electrică reprezentând cursul giro
b) un set de tensiuni reprezentând drumul actual al navei
c) o mărime electrică reprezentând deviaţia unghiulară dintre vechiul şi actualul drum giro
G.SU©SD2001
semnal alterare curs
distribuitor
Repetitoare
giro
Inregistrator
de curs
Receptoarein
aparate de navigatie
T
De la mecanismul demultiplicator al sistemului de urmarire
GIROCOMPAS - Sistemul de transmitere si distributie
a semnalului alterare curs
fig.1.45 Sistem de distribuţie giro
G 4215. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea
Girocompase
60 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
alternativă de alimentare are frecvenţa de 400 Hz
a) 12000 rot/min b) 24000 rot/min c) 18000 rot/min
G015. Un observator aflat la o latitudine oarecare constată că axa principală de rotaţie a unui giroscop, care era iniţial ( 0=t ) în planul orizontului şi perpendiculară pe direcţia N-S,
a) descrie un unghi solid cu deschiderea ϕ2 b) descrie o suprafaţă cilindrică c) nu efectuează nici o mişcare d) descrie un plan perpendicular pe axa polilor e) descrie un unghi solid cu deschiderea
22
πϕ +
G045. Care este frecvenţa convertorului care alimentează un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) dacă numărul perechilor de poli statorici este 2, iar turaţia giromotorului este de 12000 rot/min
a) 240 Hz b) 200 Hz c) 400 Hz
TESTUL nr. 46
G046. În cazul oscilaţiilor neamortizate ale girocompasului, proiecţia unui capăt al axei principale descrie o
a) elipsă b) spirală eliptică c) evolventă
G946. Invertorul care alimentează giromotoarele asincrone din elementul sensibil (schema bloc din fig.1.46) este alimentat cu
Girocompase
61 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
a) tensiune alternativă stabilizată b) tensiune continuă stabilizată c) tensiune alternativă cu frecvenţă
mărită
elementsensibil
Gbloc© SD2001 GIROCOMPAS - Sistemul de alimentare
Sistem reglare
temperatura
Sistem
urmarire
Sistem
distributiedatacurs
redresorinvertorstabilizatorSelectorautomat
Tensiune alternativa
f=50/60Hz
Tensiune continua
24V
fig.1.46
G016. Un observator aflat la o latitudine oarecare constată că axa principală de rotaţie a unui giroscop, care era iniţial ( 0=t ) pe direcţia N-S,
a) descrie un unghi solid cu deschiderea ϕ2 b) descrie o suprafaţă cilindrică c) nu efectuează nici o mişcare d) descrie un plan perpendicular pe axa polilor e) descrie un unghi solid cu deschiderea
22
πϕ +
G 4216. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 450 Hz
Girocompase
62 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
a) 18000 rot/min b) 9000 rot/min c) 27000 rot/min
TESTUL nr. 47
G947. Comanda acţionării motorului pas cu pas din fig.1.47 asigură:
a) cuplarea directă cu puntea de putere
b) protecţia la supracurenţi c) memorarea stărilor
tranzistoarelor de putere
d) protecţia la supratensiuni
+Ucc
“U”
T1 T3 T5
T2
3 TRAFO
SEPAR
3
TRAFO
SEPAR
µCTRL+DMA
T4 T6
INVSTAT3f+DMA©SD2005
1 3
5
2
4 6
INT
SEC
“V”
“W”
INT
SEC
INT
PR6
fig.1.47 Acţionarea motorului trifazat pas cu pas
D repetitorul giro
G 4217. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 500 Hz
Girocompase
63 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
a) 15000 rot/min b) 30000 rot/min c) 18000 rot/min
G017. Definiţi mişcarea de precesie ca fiind
a) o caracteristică constructivă b) o consecinţă a variaţiei
momentului cinetic
c) o consecinţă a mişcării diurne a Pământului
G047. În cazul oscilaţiilor amortizate ale girocompasului, proiecţia unui capăt al axei sale principale descrie o:
a) elipsă b) spirală eliptică c) evolventă
TESTUL nr. 48
G018. Precesia giroscopului cu trei grade de libertate este
a) o constantă constructivă b) o proprietate dinamică c) o consecinţă a atracţiei gravitaţionale d) o consecinţă a mişcării unghiulare a Pământului
G 4218. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 550 Hz
a) 33000 rot/min b) 22000 rot/min c) 11000 rot/min
G948. Care este valoarea deplasării unghiulare elementare (incrementul unghiular) pentru motorul pas cu pas al unui repetitor giro ca cel din fig.1.48, dacă raportul dintre numărul de poli rotorici şi
Girocompase
64 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
numărul de perechi de poli statorici este 2/2:
a)
2
π
b)
4
π
c) π
N
S
A B
D
E
fig.1.48 Motorul pas cu pas al unui repetitor giro
TESTUL nr. 49 G 4219. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 600 Hz
a) 12000 rot/min b) 36000 rot/min c) 18000 rot/min
G949. Diodele semiconductoare D1...D6 din schema punţii de putere a invertorului echipamentului giro (fig.1.49) asigură
Girocompase
65 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
a) Protecţia tranzistoarelor de putere la scurtcircuit b) Protecţia tranzistoarelor de putere la supracurenţi c) Protecţia tranzistoarelor de putere la supratensiuni
tranzitorii
d) Protecţia tranzistoarelor de putere la tensiuni inverse
Ucc
U
V
W
CSU1
CSU2
CSV1
CSV2
CSW1
CSW2
D1 D3 D5
D2 D4 D6
fig.1.49 Puntea de putere a invertorului echipamentului giro
G019. Având în vedere egalitatea produselor vectoriale FrHp
rrrr×=×ω ,
puteţi stabili că sensul mişcării de precesie este
a) dat de regula burghiului drept b) imprecis c) dat de regula mâinii drepte d) legea evolventei
G049. În cazul oscilaţiilor amortizate ale girocompasului, un capăt al axei sale principale descrie o:
a) elipsă sferică b) spirală eliptică cilindrică c) evolventă ovoidală d) involventă sferică
TESTUL nr. 50
G950. Schema conţinută în secţiunea din dreapta a fig. 1.26 prezintă
Girocompase
66 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
a) configuraţia sistemului de alimentare al amplificatorului de urmărire
b) configuraţia serie a interfeţei de prelevare a semnalului
c) configuraţia paralel a interfeţei de prelevare a semnalului
d) configuraţia simetrică a interfeţei de prelevare a semnalului
e) configuraţia dezechilibrată a interfeţei simetrice de prelevare a semnalului
f) configuraţia echilibrată a interfeţei asimetrice de prelevare a semnalului
Ualim Uamp
Rsup
Rinf
RW1 RW2
R1
R2
L1
L2
fig.1.26 Prelevarea semnalului
G 4220. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având o pereche de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 700 Hz
a) 42000 rot/min b) 36000 rot/min c) 18000 rot/min
G020. Având în vedere egalitatea produselor vectoriale FrHp
rrrr×=×ω ,
puteţi stabili că vectorul pω
r este
Girocompase
67 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
a) perpendicular pe planul format de
vectorii moment cinetic şi momentul forţei exterioare
b) în planul format de vectorii viteză unghiulară şi moment cinetic
c) perpendicular pe planul format de vectorii viteză unghiulară şi momenul forţei exterioare
d) în planul format de vectorii forţă exterioară şi moment cinetic
TESTUL nr. 51
G951. Schema prezentată în fig.1.42, pentru motorul pas cu pas din repetitorul giro, trebuie să asigure:
a) un set de trei tensiuni sintetice în fază
b) un set de trei tensiuni sintetice defazate cu jumătate de perioadă
c) alimentarea unui unui motor pas cu pas trifazat cu punct neutru
d) alimentarea unui unui motor pas cu pas trifazat cu înfăşurări separate
e) alimentarea unui unui motor pas cu pas trifazat tripolar
Girocompase
68 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
+Ucc
B
T1 T3 T5
T2
3
TRAFO
SEPAR
3 TRAFO
SEPAR
µCTRL
T4 T6
actioMPPTcomCTRL©SD2005
1 3 5
2 4 6
IS
IS
A
IP
IP
MPPTC
B com
-Ucc
Ucc
Ucc
fig.1.42
G021. Transformarea unui giroscop cu trei grade de libertate în girocompas
a) se face prin redistribuirea masei giroscopului
b) se face prin modificarea poziţiei centrului de masă al giroscopului
c) se face prin exploatarea gravitaţiei terestre
d) se face prin mărirea greutăţii giroscopului
TESTUL nr. 52
G952. În schema echivalentă din fig.1.43, deviaţia unghiulară a elementului de urmărire giro faţă de elementul sensibil orientat se manifestă prin modificarea valorii
a) reactanţelor L1, L2, L3 b) tensiunii livrate de invertor c) frecvenţei tensiunii livrate de
invertor
Girocompase
69 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
d) rezistenţelor RW1, RW2
RW1
RW2
L1
R1
L2
R2
U1 U2
TR
L3
fig.1.43
G022. Metoda pendulară de transformare a unui giroscop cu trei grade de libertate în girocompas presupune
a) mutarea centrului de greutate al giroscopului
b) mutarea centrului de masă al giroscopului
c) mutarea centrului geometric al giroscopului
d) ataşarea unei mase suplimentare e) mărirea vitezei unghiulare a
giroscopului
TESTUL nr. 53
G953. Tranzistoarele bipolare NPN montate în grilele comutatoarelor statice din schema punţii de putere a invertorului echipamentului giro (fig.1.44) asigură
a) Protecţia tranzistoarelor de
Girocompase
70 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
putere la supracurenţi b) Protecţia tranzistoarelor de
putere la supratensiuni tranzitorii
c) Protecţia tranzistoarelor de putere la supraputere disipată
Ucc
U
V
W
CSU1
CSU2
CSV1
CSV2
CSW1
CSW2
D1 D3 D5
D2 D4 D6
fig.1.44
TESTUL nr. 58
G958. Defectarea giromotorului asincron 1, cuplat mecanic într-un dispozitiv antiparalelogram cu giromotorul asincron 2 (din fig.1.45) produce
a) eroare de viteză b) eroare constantă de 450 spre tribord c) eroare constantă de 450 spre
babord
Girocompase
71 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
fig.1.45
G028. Eroarea de viteză a girocompasului depinde de
a) latitudinea punctului măsurării b) longitudinea punctului măsurării c) longevitatea observatorului în
punctul măsurării
TESTUL nr. 42
Girocompase
72 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G942. Diagrama din fig.1.46 reprezentând tensiunile de alimentare ale motorului pas cu pas din repetitorul giro arată că
a) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice
este 4
π
b) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice
este 3
π
c) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice
este 2
π
d) defazajul dintre cele două tensiuni sintetice este π
U1
U2
fig.1.46
Lucrări de verificare la Unitatea de învăţare nr. 1 Să se calculeze G 4202. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 250 Hz?
a) 7500 rot/min b) 15000 rot/min c) 18000 rot/min
Girocompase
73 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G034. Pentru a obţine o turaţie de aproximativ 18000 rot/min (neglijând alunecarea electrică) în cazul unui giromotor asincron având două perechi de poli statorici, este necesară o tensiune alternativă de alimentare cu frecvenţa de
a) 600 Hz b) 300 Hz c) 900 Hz
G 4206. Ce turaţie atinge un giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) având două perechi de poli statorici, în cazul în care tensiunea alternativă de alimentare are frecvenţa de 450 Hz
a) 12000 rot/min b) 13500 rot/min c) 27000 rot/min
G042. Care este numărul de perechi de poli statorici ai unui giromotor asincron (neglijând alunecarea electrică) alimentat la frecvenţa de 450 Hz, la o turaţie de 27000 rot/min
a) p = 2 b) p = 1 c) p = 6
Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare
Testul 31 G 931 b
G 4201 b
G 001 c
G 031 e
Testul 32 G 932 c
G 4202 a
G 002 d
G 032 d
Testul 33 G 933 c
G 4203 c
G 003 d
Girocompase
74 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G 033 b
Testul 34 G 934 c
G 4204 c
G 004 a
G 034 a
Testul 35 G 935 c
G 4205 a
G 005 b
G 035 c
Testul 36 G 936 c
G 4206 b
G 006 c
G 036 a
Testul 37 G 937 a
G 4207 a
G 007 c
Testul 38 G 938 b
G 4208 b
G 008 b
G 038 c
Testul 39 G 939 c
G 4209 c
G 009 c
G 039 d
Testul 40 G 940 c
G 4310 c
G 010 d
G 040 c
Testul 41 G 941 a
G 4211 a
G 011 c
G 041 b
Testul 42 G 942 c
G 4212 a
G 012 b
G 042 c
Testul 43 G 943 b
G 4213 c
G 013 c
G 043 a
Testul 44 G 944 d
G 4214 a
G 014 d
G 044 b
Testul 45 G 945 c
G 4215 b
G 015 a
G 045 b
Testul 46 G 946 b
G 4216 c
G 016 a
G 046 a
Testul 47 G 947 c
G 4217 b
G 017 b
G 047 b
Testul 48 G 948 a
G 4218 a
G 018 b
G 048 b
Testul 49 G 949 d
G 4219 b
G 019 a
G 049 b
Testul 50 G 950 a
G 4220 a
G 020 a
G 049 b
Testul 51 G 951 e
G 4221 b
G 021 b
G 051 b
Testul 52 G 952 d
G 4222 a
G 022 d
G 052 b
Testul 53 G 953 a
Girocompase
75 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
G 4223 b
G 023 e
Testul 54 G 954 a
G 4224 c
G 024 b
G 054 b
Testul 55 G 932 c
G 4225 c
G 025 a
G 051 b
Testul 56 G 956 b
G 4226 a
G 026 b
G 054 b
Testul 57 G 957 b
G 4227 c
G 027 a
G 047 b
Testul 58 G 958 c
G 4228 a
G 028 a
G 058 a
Testul 59 G 948 e
G 4229 a
G 029 c
G 040 c
Testul 60 G 960 c
G 4230 a
G 030 d
G 060 b
Recapitulare Mai citiţi încă o dată materialul.
Concluzii Daţi multă atenţie enunţurilor problemelor. Unele dintre ele seamănă, dar nu sunt la fel.
Girocompase
76 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
Referinţele bibliografice ale unităţii de învăţare
[1] Ahrendts, Joachim & CO, HUTTE – Manualul Inginerului, Editura Tehnică, Bucureşti, 1995
[2] Calueanu, D., Stan, St. ş.a., Instalaţii Electrice la Bordul Navelor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1981
[3] Calugariţa, Ghe. s.a., Tabele şi Formule de Matematică, Fizică şi Chimie, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1964
[4] Chiriţă, M., Pavică, V., Navigaţie, Editura Militară, Bucureşti, 1959 [5] DORDEA, ŞT., Aparate electrice de navigatie, autor unic, Ed. Muntenia, ISBN (10) 973-
692-154-9, ISBN (13) 978-973-692-154-4, 105 pag, Constanta, 2006 [6] DORDEA, ŞT., Acţionări electrice cu undă sintetică, autor unic, Ed. Muntenia, ISBN (10)
973-692-153-0, ISBN (13) 978-973-692-153-7, 155 pag, Constanta, 2006 [7] Dordea, Ş, Stadiul actual în domeniul sistemelor de guvernare navale – Referat doctorat, Universitatea “Dunărea de Jos”, Galaţi, 1997. [8] Dordea, Ş, Sisteme de guvernare cu acţiune continuă şi comandă digitală - Referat
doctorat, Universitatea “Dunărea de Jos”, Galaţi, 1998. [9] Dordea, Ş, Contribuţii la transferul de energie în sistemele electrohidraulice de Guvernare Navale – Referat doctorat, Universitatea “Dunărea de Jos”, Galaţi, 1998.
[10] Dordea, Ş, A Quick Preparation of Standard 4 Supporting liquid, TCW Report, Anschutz, Kiel, 1989.
[11] Dordea, Ş, Gyro Synchro Transmisson, TCW Report, Anschutz, Kiel, 1989.
[12] Dordea, Ş, Gyro Step Transmisson, TCW Report, Anschutz, Kiel, 1989.
[13] Dordea, Ş, Steering Controls, TCW Report, Anschutz, Kiel, 1989.
[14] Dordea, St., Transferul de energie în sistemele electrohidraulice de guvernare navale, Teza Doctorat, Universitatea “Dunărea de Jos” Galaţi, 2002 [15] Grumăzescu, M., Ştiubei, P., Instalaţii de amplificare şi de distribuţie a sunetului, Editura
Tehnică, Bucureşti, 1959 [16] Stanciu, N. s.a, Dicţionar tehnic de radio si televiziune, Editura Ştiinţifică şi
Enciclopedică, Bucureşti, 1975 [17] Tănăsescu, T., s.a, Agenda tehnică, Editura Tehnică, Bucureşti, 1990 [18]***Anschütz, Feedback Unit, Kiel 1993
Girocompase
77 Aparate Electrice de Navigaţie – Curs şi aplicaţii
[19]***Anschütz, Feedback Unit, Kiel 1996 [20]***Anschütz, Follow-up Amplifier, Kiel 1990 [21]***Anschütz, Follow-up Steering Control, Kiel 1992 [22]***Anschütz, Follow-up Steering Control Amplifier, Analog Version, Kiel 1999
[23]***Anschütz, Follow-up Steering Control Amplifier, Switching Version, Kiel 1999
[24]***Anschütz, Gyro Compass Standard 12, Kiel 1993
[25]***Anschütz, Gyro Compass Standard 14, Kiel 1998
[26]***Anschütz, Magnetic Sonde, Kiel 1999
[27]***Anschütz, Service Information no.4
[28]***Anschütz, Service Information no.6
[29]***Anschütz, Service Information no.7
[30]***Anschütz, Service Information no.9
[31]***Anschütz, Service Information no.10
[32]***Anschütz, Service Information no.11
[33]***Anschütz, Service Information no.41
[34]***Anschütz, Service Information no.53
[35] ***Keiki.GLT-203, Tokio, 1989.