8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
1/25
Facultatea de Inginerie Electrică
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, 060042, Sala EB225, Bucureşti, RomâniaTel !4 021 402"#144$ %a& !4 021 31'"10"16
((("elt)"up*"ro$ e+mail
oice"elt) -up*"ro
UNIVERITATEA POLITEHNICA! BUCURETI
FACULTATEA "E IN#INERIE ELECTRICA
REFERAT
Senzori si traductoare-Metode Numerice
Traductor de turaţie
C$$rd$nad$r stiinti%ic& C$n%' "r' Ing' Ovidiu Craiu
(asterand& I$nut "aniel "INECU
#ru)a& II(*
+,*-
http://www.elth.upb.ro/mailto:[email protected]:[email protected]://www.elth.upb.ro/
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
2/25
Traductor de turaţie
1" Introducere
.n uncţie de preci/ia dorit, pentru murarea ite/ei un)iulare turaţiei pe caleelectric, e&it o mare dieritate de miloace" Ta)ometrul complet au itemul demur a turaţiei include traductorul de turaţie, circuitele au&iliare şi intrumentul deieşire" 7artea de traductor e compune dintr+un element au mai multe, montate, ataşateau inclue 8n dipo/itiul a crui mişcare de rotaţie e moar şi un element auelemente ituate 8n imediata apropiere a dipo/itiului 8n mişcarea de rotaţie"
%uncţia de traductor are la *a/ modiicarea tranerului de enerie 8ntre aceteelemente 8n uncţie de turaţie" 9ircuitele au&iliare contau din ure de e&citaţie,ampliicatoare, demodulatoare, numrtoare, conertoare etc" Traductoarele de turaţie eclaiic 8n traductoare analoice şi diitale"
Traductoarele de turaţie analoice conertec turaţia 8ntr+un emnal electric a cruiamplitudine ete dependent 8n cele mai multe ca/uri liniar de aloarea aceteia"Traductoarele diitale de turaţie conertec turaţia 8ntr+un emnal electric a cruirecenţ, perioad au interalul de timp 8ntre dou impuluri ucceie ete dependentde turaţie"
:cete traductoare con2ertec turaţia 8ntr+un emnal electric cali*rat, utili/ând principiile de
murare menţionate"
; prim claiicare a traductoarelor de turaţie tre*uie cut dup detinaţia acetora 8n
itemele de re3lare a turaţiei" :tel, traductoarele de turaţie pot i
a Traduct$are anal$gice de turaţie, când acetea au emnalul de ieşire uniicat 4curent
continuu au teniune continu iind utili/ate 8n cadrul itemelor de re3lare analo3ic a turaţiei"
* Traduct$are nu.erice de turaţie, când acetea 3enerea/ la ieşire emnale numerice
48ntr+un anumit cod iind utili/ate 8n cadrul itemelor de re3lare numeric a turaţiei"
; alt claiicare a traductoarelor de turaţie e poate ace dup tipul 4natura
elementelor eni*ile"
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
3/25
Ta0$generat$are de curent c$ntinuu
:cetea unt micromaşini electrice 4micro3eneratoare de c"c" care urni/ea/ la *orne o
teniune continu proporţional cu turaţia a2ând ni2ele şi puteri uicient de mari, 8ncât pot i oloite
direct 8n SR:" E&citaţia poate i eparat au cu ma3neţi permanenţi 4cea mai rpândit"
Rotorul poate i de tip cilindric, de tip dic au de tip pa)ar"
R$t$rul cilindric ete reali/at din tole de oţel electrote)nic, iar 8nşurarea ete plaat 8n
cretturi 8nclinate 8n raport cu 3eneratoarea"
9ontantele de timp ale ta)o3eneratoarelor de c"c" unt u* 10 m 4
m10TT3 ≤" 7entru
contante de timp mai mici e cer utili/ate ta)oeneratoare cu rotor dic au pa)ar"
1 R$t$rul disc ete reali/at din i*re de ticl au rşin epo&idic, pe care unt lipite 8nşurrileutili/ând te)nica circuitelor imprimate şi care e roteşte 8n aţa maneţilor permanenţi + plaaţi paralel cu a&a"
1 R$t$rul )a0ar are 8nşurrile lipite pe un pa)ar reali/at din i*re de ticl au rşinepo&idic, iar maneţii permanenţi unt plaaţi la el ca la ta)oeneratorul cu rotor cilindric" 7rinacete oluţii contructie ultimele dou tipuri de rotoare oer contante de timp mult mai mici":tel, contantele de timp mecanice e reduc u* o miliecund, iar contantele de timp electriceunt mai mici decât 0,05 m"
Sc)ema de principiu unui ta)oenerator de curent continuu cu maneţi permanenţi şi rotor cilindric etedat 8n iura 1"
%i3" 1"1 + Sc)ema contructi2 a unuita)o3enerator de curent continuu
%i" 1"2 > %orma teniunii de la ieşireata)oeneratorului de curent continuu
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
4/25
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
5/25
60a
A p@ 0T3 ⋅
φ⋅⋅=
1"11
/ual eni*ilitatea 3T
@
are alori cuprine 8ntre 1 şi 10
"
minrot
m
* la %unc2i$narea 3n sarcină + teniunea la *orne ete e&primat prin relaţia
p:i0e IR In@ E ∆−⋅−⋅⋅−= 1"22
undeIn@ i ⋅⋅
ete cderea de teniune ce repre/int reacţia induului, iind proporţional cu
turaţia n şi curentul rotoric I $ R :⋅I + cderea de teniune pe circuitul rotoric, iar J7 + cderea de
teniune la perii"
Eroarea relati r ε
de conerie a turaţiei 8n teniune la merul 8n arcin ete dat de relaţia
1n@ R
R
1
n@ R R
n@ R
i:
Si:S
i:r
+⋅+
=⋅++
⋅+=ε
1"33
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
6/25
a4 Tensiunea electr$.$t$are la *,,, r$t 5 .in 6 7 E 4 care este dată 3n
minrot1000
B
şi re%lectă sensi/ilitatea ta0$generat$rului8
* Re/itenţa electric intern la *orne:R
necear pentru dimenionarea re/itenţei
de arcin$ e adopt :S R R >>
c Turaţia ma&imma&n
.
d 9urentul nominal I A necear pentru dimenionarea re/itenţei de arcin"
e Eroarea ma&im de neliniaritate deinit prin relaţia
GKH100E
EE
ma&9
9?n ⋅
−=ε
1"44
unde E? ete teniunea electromotoare murat la dierite turaţii n, iar
HG1000
n
@ E E9 ="
> eroarea de reeri*ilitate la 1000min
rot
, deinit prin relaţia
( )
GKH100@ ,@ min
@ +@
Et"Edr
Et"Edr re =ε
$ 1"55
undeEdr @
şiEt@
repre/int aloarea @ E la rotirea pre dreapta, repecti pre
tâna, cu nL 1000min
rot
$
+ ondulaţia ma&im pe dierite domenii de turaţie e&primat prin raportul
GKH100
B
ma&e
ma&R ⋅
=
$ 1"66
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
7/25
undema&R
+ ete aloarea ma&im a teniunii de ondulaţie iare
ete aloareamedie a teniunii de ieşire"
O/serva2ie& Ta)oeneratoarele de curent continuu e contruiec atel 8ncât B nu
depşeac 3K"
9':'+' Ta0$generat$are de curent alternativ
:cete ta)oeneratoare pot i de tip incron au aincron" 9ele mai utili/ate untta)oeneratoarele incrone datorit implitţii contructie şi e pre/int 8n cele ce urmea/"
Ta)oeneratoarele incrone de curent alternati enerea/ o teniune inuoidal monoa/at acrei, aloare eecti şi recenţ unt dependente de turaţie" 9ontructi, acet ta)oenerator, eteormat din tator reali/at din tole de oţel electrote)nic pe care e al *o*ine, iar rotorul ete contruitdin maneţi permanenţi + ce ormea/ mai multe perec)i de poli iura M"5"
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
8/25
πφπ= tn
60
2 in@ N
60
n25t4e 0(0
$ 1"MM
unde
n ete turaţia 8n G rotmin H$ N + numrul de pire pentru un pol$@(
+ o contant ce
depinde de tipul 8nşurrii$0φ
+amplitudinea lu&ului manetic rotoric"
:mplitudinea teniunii din M"2M poate i ordinul utelor de olţi" aloarea eecti a teniuniielectromotoare indue ete proporţional cu turaţia iind e&primat prin relaţia
n@ n@ (60
2E 0N0 ⋅=φ
π=
1"''
O/serva2ie
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
9/25
:daptoarele pentru ta)oeneratoarele de c"a" unt imple, iind ormate dintr+un redreor şi
un iltru dac pentru murarea turaţiei ete oloit amplitudinea teniuniit4e0
"
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
10/25
?anetul, mie/ul de ier şi dicul ormea/ un circuit manetic a crui reluctanţ aria/8n uncţie de po/iţia dinţilor dicului aţ de mie/ul manetic" 9ând un dinte al diculuie al 8n prelunirea mie/ului, reluctanţa ete minim, iar când 8n prelunirea mie/uluie al un paţiu li*er al dicului, reluctanţa ete ma&im" ariaţia de reluctanţ duce la
ariaţia de lu& manetic prin *o*in, ceea ce a induce o teniunet4ue
8n *o*inconorm leii inducţiei electromanetice
dt
d5t4ue
Φ−=
$ 1"30
=a o rotirea dicului cu o ite/ uicient de mare 8ncât deriata lu&ului poat crea o teniuneelectromotoare ei/a*il e o*ţine un numr de impuluri eal cu numrul de dinţi / de pe circumerinţa
dicului, iura M"6"
%rec2enţa 4 a teniunii electromotoare induer 8n *o*in ete
On ⋅=
1"31
unde O ete numrul de dinţi ante, iar n > turaţia 8n rot "
Elementele eni*ile cu reluctanţa aria*il nu e pot utili/a la turaţii oae şi oarte oae, deoarece 8n acete ca/uri amplitudinea impluurilor iind dependent de turaţie, poate cad u* praul de eni*ilitate al adaptorului" 9reşterea eni*ilitţii la turaţii mici ete
poi*il prin utili/area unor dicuri cu un numr mare de dinţi"
7entru o*ţinerea unui emnal uniicat la ieşirea traductorului, proporţional cu turaţia,elementul eni*il tre*iue conectat la un adaptor analoic"
Sc)ema *loc a traductorului analoic de turaţie ES!: monota*il$
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
11/25
%uncţionarea traductorului e e&plic cu autorul diaramei de emnale dat 8n iuraSemnalul ES, aând perioada T, urni/at de elementul eni*il ES ete ampliicat şiredreat monoalternanţ de ctre *locul amplicator > redreor :!R"
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
12/25
Traductoare de turaţie cu elemente fotoelectrice
:cete traductoare utili/ea/ elemente eni*ile de tip otoelectric care detectea/ ariaţiile unui lu&lumino, dependente de ite/a de rotaţie, oloind 8n acet cop un dipo/iti modulator acţionat dea&ul a crui turaţie e moar"
cu 8ntreruperea lu&ului lumino
* > cu rele&ia lu&ului lumino"
.n ca/ul 8ntreruperii lu&ului lumino, elementul eni*il ete de orma celui diniura iind alctuit dintr+o ur de radiaţii luminoae S= 8n pectrul i/i*il auinraroşu şi un element otoelectric E%, 8ntre care e al un dic opac
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
13/25
O/servatii
+9ontructi, ura S=, lentilele =1 şi =2 cât şi elementul otoelectric %% unt8ncapulate 8ntr+o ond au cap de citire"
+9reşterea eni*ilitţii elementului eni*il preupune utili/area unuiototran/itor ca element otoelectric E%"
+7entru eliminarea erorilor de murare, cau/ate de lumina natural e utili/ea/optocuploare cu uncţionare 8n domeniul inraroşu" :tel, S= ete 8nlocuit de un =E<cu emiie 8n inraroşu, iar E% ete un ototran/itor pentru domeniul de inraroşu"
arianta reali/rii elementului eni*il otoelectric prin rele&ia lu&ului luminoete pre/entat 8n iura" .n acet ca/ turaţia unui dic au a unei piee alate 8n mişcarede rotaţie ete conertit 8ntr+un tren de impuluri r a neceita un dic au&iliar montat
pe a&" 7e a&ul au piea care e roteşte e marc)ea/ un reper au mai multe repereec)iditante u* orma unui dreptun)i, cu opea relectori/ant au e lipeşte o *andrelectori/ant
Reperele relectori/ante tre*uie alterne/e cu /one 8nnerite care a*or* radiaţialuminoa" Sura S= şi elementul otoelectric E% e dipun 8n aşa el 8ncât, radiaţialuminoa emi de S= şi relectat de reperul relectori/ant cad pe E%, care deenindacti emit un impul de teniune" %ormatorul de impuluri poate i de acelaşi tip cucel pre/entat 8n iura, iar recenţa impulurilor ete dat de aceeaşi relaţie, 8n care /repre/int numrul de repere relectori/ante de pe a& au de pe piea 8n mişcare de
rotaţie"
%i" 3 a > circuit electronic de ormare a impulurilor$ * > orma teniunii de
ieşire
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
14/25
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
15/25
decupare o ant cu upraaţa mai mare decât upraaţa acti a en/orului maneticcomutator S?9" %uncţionarea acetui detector e *a/ea/ pe concentrarea liniilor câmpului manetic de ctre tam*urul T, atunci când en/orul ete plaat 8ntr+un câmpmanetic iniicient de inten pentru a reali/a comutarea dec)iderea lui"
:tel, când tam*urul T e al 8n dreptul en/orului e depşeşte praul maneticde dec)idere a en/orului, iar când decuparea tam*urului ete 8n dreptul en/orului areloc *locarea acetuia, datorit diperiei liniilor de câmp manetic"
%i" M"12 + %orma teniunii de ieşire pentru detectorul de turaţie cu en/or maneticcomutator a prin ecranarea câmpului i" M"11 + a$ * prin concentrarea câmpului i"M"11+
*
Aotând cu e teniunea de ieşire a S?9 şi menţionând c pentru en/or Cdec)iDe ete de niel loic C0D, iar pentru en/or C8nc)iD e ete de niel loic C1D, ormelede ariaţie a teniunii e pentru detectoarele de turaţie din iura M"11+a şi * unt
pre/entate 8n iura M"12 a şi *"
?odul de conectare a en/orului manetic cu adaptorul ete pre/entat 8n iuraM"13, unde R p ete re/itenţa de polari/are a colectorului tran/itorului din etaul de ieşireal en/orului interat"
%i" M"13 + 9onectarea en/orului maneticcomutator detector de turaţie cu adaptorul
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
16/25
impuluri, poate i introdu 8ntr+o c)em de traductor analoic pentru turaţie, ca cea diniura M"M"
9'>' Ada)t$are nu.erice )entru traduct$are de tura2ie
.n principiu, c)emele adaptoarelor aerente traductoarelor numerice de turaţieunt aemntoare cu cele ale recenţmetrelor numerice" ampliicator şi ormator de impuluri$ T > enerator deimpuluri de tact$ dii/or de recenţ$ S > elector de am$ 7 > poart loicCID $ A > numrtor$ dipo/iti de aişare numeric"
=a ieşirea dii/orului de recenţ e o*ţine, potriit amei alee, un impuldreptun)iular de durat i& T0, atel 8ncât pe durata acetui impul numrtorul anumra n L ncT060 impuluri, nc repre/entând aloarea cuanti/at a turaţiei 8n rotmin,iar > o contant eal cu numrul de impuluri urni/ate de ES la o rotaţie" =uând T0 L
60⋅10a , unde a e alee 8n uncţie de preci/ia şi de timpul de murare dorite, e o*ţine
n L 10a
nc"
%i" M"14" Sc)ema de principiu a traductorului numeric de turaţie *a/at pe numrareaimpulurilor
:cet adaptor are aantaul c, datorit medierii pe un interal uicient de mareT0, indicaţia nu ete aectat de eentualele luctuaţii de ite/ ale a&ului a crui turaţie
e moar" Ea pre/int 8n de/aantaul unui timp de murare oarte mare comparaticu perioada mişcrii de rotaţie" 7entru a elimina acet inconenient e utili/ea/ o
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
17/25
c)em de adaptor dup principiul *" Sc)ema uncţional a traductorului numeric deturaţie *a/at pe inerarea perioadei ete pre/entat 8n iura M"15"
Elementul eni*il ES ete oricare dintre cele cu uncţionare 8n impuluriurni/ând adaptorului un tren de impuluri dreptun)iulare de perioad T, eal cu
perioada de rotaţie a a&ului a crui turaţie urmea/ e determine" :cete impuluri e
aplic eneratorului monoimpul ?I1 pe intrarea
U1I
" :tunci când de la *locul de
comand B9 e aplic un emnal de CtartD pe intrarea
V1I
, ?I1 enerea/ la ieşirea E1un monoimpul de durat T care dec)ide poarta CID 71 pe interalul de timp T" 7e acetinteral numrtorul A1 numr impuluri de recenţ i& 1 primite prin dii/orul derecenţ
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
18/25
Fig' 9'*? c0e.a /l$c a traduct$rului nu.eric de tura2ie cu inversarea )eri$adei
:daptorul *a/at pe inerarea perioadei pre/int aantaul calculului oarte rapidal turaţiei mai puţin de dou perioade de rotaţie, urni/ând inormaţie 8n timp real, şidin acet moti ete indicat la murarea turaţiilor oae şi oarte oae" .n c)im*,
pre/int de/aantaul c dac ite/a de rotaţie +a modiicat 8n perioada 8n care +a cutmurarea, re/ultatul a i eronat, deoarece nu +a mai cut o mediere a turaţiei"
=a adaptoarele numerice ale traductoarelor de turaţie de tipul a e pot conectadirect elementele eni*ile ale traductoarelor numerice de deplaare un)iular de tipincremental, modiicându+e corepun/tor eni*ilitatea, 8n uncţie de caracteriticileacetor elemente"
"e%inirea )r$/le.ei
Traductor de turaţie cu doi maneţi permanenţi ce pre/int componenta
Br L G+&Wrt&X2!YX2H G+YWrt&X2!YX2H
Br L G&Wrt&X2!YX2H GYWrt&X2!YX2H"
Viteza rotorului este dată de expresia LG +1ZYWrt4&X2!YX25H G1Z&Wrt4&X2!YX25H
Pentru .agnetii )er.anenti& + In ca/ul domeniului 3 aem
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
19/25
Introducerea ecuatiei pentru subdomeniul 3
Selectarea domeniului 3
7entru domeniului 2
In acet ca/ putem conidera Br L G&Wrt&X2!YX2H GYWrt&X2!YX2H"
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
20/25
Introducerea ecuatiei pentru subdomeniul 2
Selectarea domeniului 2
Conditii de frontiera:
9onditia pe a&a de imetrie a&iala, :/L0 la rL0 i cea
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
21/25
Conditiile de frontiera
%oloirea comen/ii Velocit current densit
!eprezentarea liniilor de camp
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
22/25
!eprezentarea vectorilor proportionali ai vitezei"
Vectorii fortei #orentz"
Selectarea comenzii #orentz force
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
23/25
!eprezentarea vectorilor dati de forta #orentz"
Sensul de deplasare al vectorilor $dati de forta #orentz
Spectrul liniilor potentialului ma%netic"
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
24/25
&formule aplicate pentru obtinerea fortei #orentz"
'plicarea $$(tzx)em%a*+ tz)em%a*x,
In tabelul urmator este reprezentata variatia cuplului in functie de
viteza"
9uplu 8n uncţie de ite/a
In urmatorul raic ete repre/entata ariatia cuplului in unctie de ite/a
-raficul cuplului n funcţie de viteză
8/16/2019 Traductor de Turatie - Dinescu Ionut Daniel (SIIM1)
25/25
(et$dele nu.erice %$l$site
%oloind ?etoda Elementului init am re/olat aceat pro*lema"tili/and un me) rainat, am putut calcula mai preci 8n /onele de intere dup
cum e poate o*era 8n iura
/iscretizarea
7rincipiul acetuia cont 8n dicreti/area domeniului de calcul 8n u*domenii dieritede dimeniuni inite i apro&imarea unc iei de poten ial 8n interiorul acetora"ș ț ț
O/servatii&
Traductoarele de turaţie analoice conertec turaţia 8ntr+un emnal electric a cruiamplitudine ete dependent 8n cele mai multe ca/uri liniar de aloarea aceteia" T
Traductoarele diitale de turaţie conertec turaţia 8ntr+un emnal electric a cruirecenţ, perioad au interalul de timp 8ntre dou impuluri ucceie ete dependent deturaţie"