Измерение частоты вращения
Какой бы станок Вы ни собирали, наверняка не раз, испытывая станок, думали: нужен тахометр. А ведь он все время был у вас под рукой, конечно, если у Вас есть такие простейшие составляющие как маленький моторчик и вольтметр. Познакомьтесь с предлагаемым прибором, и убедитесь, что буквально через пять минут в вашем распоряжении окажется компактный и точный самодельный тахометр.
Самодельный тахометр из моторчика и вольтметра
Итак, приступаем к сборке. Как уже упоминалось самодельный тахометр состоит из двух основных частей: моторчика работающего от постоянного тока и вольтметра. Если такого моторчика у Вас нет, его легко можно купить на блошином рынке по цене буханки хлеба или дешевле, по цене двух буханок можно купить новый в магазине электронных компонентов. Если нет вольтметра, он обойдется дороже моторчика, однако на том же блошином рынке его цена будет вполне приемлемой. Вольтметр подключается к контактам моторчика, и все, тахометр готов. Теперь нужно испытать готовый тахометр в работе. При вращении вала моторчика-генератора будет создаваться напряжение, пропорциональное частоте вращения. Следовательно, частоте вращения будут пропорциональны и показания вольтметра.
Проградуировать такой тахометр можно по-разному. Например, построить справочный график зависимости напряжения от частоты вращения якоря или сделать новую шкалу вольтметра, на которой вместо воль записывается число оборотов.
Зависимость напряжения на контактах моторчика от частоты вращения
Так как график отражает линейную зависимость, достаточно отметить две-три точки и провести через них прямую. Получение контрольных точек — это самый проблемный этап подготовки самодельного тахометра к работе. Если есть доступ к фирменным станкам, контрольные точки легко получить, зажав резиновую трубочку, надетую на вал моторчика, в патроне сверлильного или токарного станка и включая станок на различных передачах, фиксировать показания вольтметра (скорость вращения шпинделя на каждой передаче указана в паспорте станка). В противном случае для калибровки придется использовать либо дрель, либо двигатель при режиме работы для которого известна частота вращения. И даже если удалось измерить напряжение на контактах моторчика только для одной частоты вращения, вторая точка — это пересечение осей (x) и (y) (то есть числа оборотов и напряжения), правда точность измерений по зависимости основанной на двух точках будет низкой.
Для измерения частоты вращения, вал исследуемого двигателя соединяется с моторчиком небольшим отрезком резиновой трубки или с помощью различных переходников. Если вольтметр зашкаливает при измерении больших скоростей вращения, в схему вводится переключатель с дополнительными резисторами. Потребуется и перестроение графика для каждого положения переключателя.
Насадки для соединения моторчика с исследуемым объектом
Схема многодиапазонного тахометра
Возможности прибора можно значительно расширить. Если изготовить роликовый фрикционный переходник диаметром 31,8 мм, тахометр позволит измерять и линейную скорость, выраженную в метрах в минуту. Для этого количество оборотов в минуту, определенное по графику, делят на 10.
Точность измерения зависит практически только от тщательности построения графика и цены деления вольтметра. Подобный простейший и очень дешевый самодельный тахометр может найти широкое применение всюду, где нужно быстро определить частоту или скорость вращения валов, шкивов и других деталей.
Цифровой тахометр из смартфона своими руками
Если Вы являетесь обладателем iPhone, то очень советую установить лучшее приложение для измерения оборотов показанное ниже. И не останавливайтесь на стробоскопе из вспышки телефона, это всего лишь поможет понять как работает стробоскоп-тахометр. Сделав своими руками очень простые электронные схемы, Вы получите стробоскопический и лазерный тахометры не уступающие (а в некоторых ситуациях превосходящие) фирменным тахометрам. Схемы, фото и описание тахометров найдете в этом приложении. Видео с демонстрацией этого приложения смотрите ниже.
Самодельный стробоскопический тахометр из iPhone своими руками
Самодельный лазерный (оптический) тахометр из iPhone своими руками
Сравнительные измерения частоты вращения двигателя лазерным и стробоскопическим тахометрами
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Методы измерения частоты вращения вала
Основной параметр, определяющий тягу двигателя — это частота вращения. Прибор, измеряющий частоту вращения, называется тахометр. Область применения — замер частоты вращения ротора компрессора турбореактивного двигателя, вала поршневого двигателя, вала турбины газотурбинного двигателя и прочих валов.
Помимо этого, в качестве датчиков обратной связи, в системах слежения применяют тахогенераторы. В данном случае происходит замер частоты вращения исполнительных органов. Основная градуировочная погрешность авиационных тахометров, при нормальных условиях, не превышает ± 0,5% максимального значения шкал диаметром 80 мм. Для других шкал погрешность составляет ± 1%.
При работе тахометра уровень радиопомех должен быть минимальным, таким образом, достигается снижение магнитного влияния на показания других приборов. Частота вращения вала n выражается через угловую скорость ω = 2πn (радиан в секунду).
Частоту вращения вала измеряют различными методами, среди основных можно выделить электрические, механические и стробоскопические. К механическим методам следует отнести часовой, центробежный, вибрационный и фрикционный методы. Основной интерес для авиации представляют часовой и центробежный методы.
При центробежном методе используется зависимость центробежной силы от угловых скоростей вращения инерционных масс. При использовании данного метода, грузы крепятся на вращающейся оси при помощи шарниров. Под действием углового вращения грузы расходятся, перемещая вдоль оси муфту, которая сжимает пружину до тех пор, пока её усилие не уравновесит силу вращения. Это метод положен в основу, при изготовлении чувствительных элементов в авиационных системах автоматического регулирования частоты вращения газотурбинных двигателей.
Часовой метод нашел применение при измерении частоты вращения вала за интервал времени, который задан часовым механизмом.
Индукционный и магнитоиндукционный методы относятся к электрическим методам. При магнитоиндукционном методе — электропроводящее тело увлекается полем постоянного магнита, за счет индукционных токов наводимых в нём.
Индукционный метод использует тахогенераторы переменного и постоянного токов, при наведении ЭДС полем постоянного магнита. ЭДС зависит от частоты вращения обмотки или магнита.
Стробоскопический метод основан на периодическом краткосрочном освещении вращающегося вала с частотой, равной частоте вращения вала. Частота вспышек излучающей лампы определяется электронной схемой. Данный метод распространен в лабораторных условиях.
| Приглашаем Вас также посетить: сайт наших партнёров, предоставляющих нам контент MarketingPeople , |
Как определить мощность, частоту вращения, начало и конец обмоток двигателя без бирки.
Что делать, если вы купили или достали каким-то образом эл.двигатель, на котором отсутствует бирка или шильдик с обозначением его мощности, частоты вращения и т.п.?
Либо на старом движке эти данные стерлись и стали нечитабельны.
При этом паспорта или какой-то другой технической документации у вас под рукой нет. Можно ли в этом случае узнать параметры двигателя самостоятельно?
Конечно же да, причем несколькими способами. Давайте рассмотрим самые популярные из них.
Первоначально для точного определения мощности потребуется выяснить синхронную частоту вращения вала, а перед этим узнать, где у нас начало каждой обмотки, а где ее конец.
Обозначение — маркировка обмоток двигателя
По ГОСТ 26772-85 обмотки трехфазных асинхронных двигателей должны маркироваться буквами:
По старому госту обозначение было несколько иным:
Еще раньше можно было встретить надписи Н1-К1 (начало-конец обмотки №1), Н2-К2, Н3-К3.
На некоторых движках для облегчения распознавания концов обмоток их выводят из разных отверстий на одну или другую сторону. Как например на фото снизу.
Но не всегда можно доверять таким выводам. Поэтому проверить все вручную никогда не помешает.
Если никаких обозначений и букв на барно нет, и вы не знаете, где у вас начало, а где конец обмотки, читайте инструкцию под спойлером.
2 метода определения начала и конца обмоток двигателя (для раскрытия нажмите на плюсик)
В помощники берете мультиметр и устанавливаете его в режим замера сопротивления.
Одним щупом дотрагиваетесь до любого из шести выводов, а другим поочередно прикасаетесь к остальным пяти проводам, тем самым, ища соответствующую пару.
При ее нахождении на табло мультиметра должна высветиться цифра, показывающее некое сопротивление в Омах.
В остальных случаях с другими проводами сопротивление будет равняться бесконечности (обрыв).
Отмечаете данную обмотку бирками и переходите к оставшимся проводам. Таким нехитрым способом буквально за одну минуту можно «вызвонить» концы всех обмоток.
Однако это еще не все. Главная проблема заключается в том, что вы пока не знаете, какой из двух выводов является началом обмотки, а какой ее концом.
Для того, чтобы это выяснить, соединяете между собой по два вывода от разных обмоток. То есть, условное начало V1 первой обмотки, соединяем с условным концом второй обмотки — U2.
При этом у вас пока нет точной информации начало это или конец. Вы их сами так промаркировали для себя, чтобы сделать последующие замеры.
На другие концы этих двух обмоток (U1 и V2) подаете переменное напряжение 220В или меньше. Зависит это от того, на какое напряжение рассчитан ваш движок.
Смысл всего этого действия – замерить какое напряжение появится на концах третьей обмотки W1-W2. Это так называемый метод трансформации.
Если между W1-W2 будет какое-то значение (10-15В или больше), значит первые две обмотки у вас включены согласовано, то есть правильно. Все подписанные концы V1-V2, U1-U2 вы угадали верно.
Бирки на них менять не нужно.
Если же напряжение между W1-W2 будет очень маленьким или его вообще не будет, то получается, что первые две обмотки вы включили по встречной схеме (неправильно). Бирки на одной из обмоток придется поменять местами.
Разобравшись с двумя фазами переходим к третьей. Здесь процедура та же самая. Соединяете между собой условные начало и конец W1 и U2, а на U1 и W2 подаете 220V.
Замеры делаете между выводами V1 и V2. Если угадали, то двигатель может даже запуститься на двух фазах, ну или по крайней мере между V1 и V2 будет несколько вольт.
Если нет, то просто поменяйте местами бирки W1 и W2.
Второй метод определения начала и конца обмоток еще более простой.
Сперва находите три разные обмотки, как было указано выше. Соединяете их последовательно (условный конец первой с началом второй U2-V1, а конец второй с началом третье V2-W1).
На два оставшихся вывода U1-W2 подаете напряжение 220В. После этого поочередно подносите лампочку к концам каждой из обмоток (U1-U2, V1-V2, W1-W2).
Если она горит везде с одинаковой яркостью, то вы угадали со всеми выводами.
Если яркость будет отличаться, это говорит о том, что данная обмотка перевернута по отношению к двум другим.
На ней бирки нужно поменять местами. Вообще-то по ТБ с лампочкой в качестве контрольки уже давно запрещено работать, поэтому вместо нее лучше используйте мультиметр с функцией замера напряжения.
Как узнать частоту вращения вала двигателя
Для определения частоты по первому способу вам потребуется обычный китайский стрелочный мультиметр (аналоговый, не электронный!).
Определять частоту нужно при положении переключателя мультиметра в режиме измерения тока (100мА). Далее подключаете измерительные щупы в соответствующие разъемы:
- один в COM (общий)
Частота вращения: формула
Количество повторений каких-либо событий или их возникновения за одну единицу таймера называется частотой. Это физическая величина измеряется в герцах – Гц (Hz). Она обозначается буквами ν, f, F, и есть отношение количества повторяющихся событий к промежутку времени, в течение которого они произошли.
Вращение планет вокруг Солнца
При обращении предмета вокруг своего центра можно говорить о такой физической величине, как частота вращения, формула:
где:
- N – количество оборотов вокруг оси или по окружности,
- t – время, за которое они были совершены.
В системе СИ обозначается как – с-1 (s-1) и именуется как обороты в секунду (об/с). Применяют и другие единицы вращения. При описании вращения планет вокруг Солнца говорят об оборотах в часах. Юпитер делает одно вращение в 9,92 часа, тогда как Земля и Луна оборачиваются за 24 часа.
Номинальная скорость вращения
Прежде, чем дать определение этому понятию, необходимо определиться, что такое номинальный режим работы какого-либо устройства. Это такой порядок работы устройства, при котором достигаются наибольшая эффективность и надёжность процесса на продолжении длительного времени. Исходя из этого, номинальная скорость вращения – количество оборотов в минуту при работе в номинальном режиме. Время, необходимое для одного оборота, составляет 1/v секунд. Оно называется периодом вращения T. Значит, связь между периодом обращения и частотой имеет вид:
К сведению. Частота вращения вала асинхронного двигателя – 3000 об./мин., это номинальная скорость вращения выходного хвостовика вала при номинальном режиме работы электродвигателя.
Как найти или узнать частоты вращений различных механизмов? Для этого применяется прибор, который называется тахометр.
Прибор для измерения частоты вращения – тахометр Testo 477
Угловая скорость
Когда тело движется по окружности, то не все его точки движутся с одинаковой скоростью относительно оси вращения. Если взять лопасти обычного бытового вентилятора, которые вращаются вокруг вала, то точка расположенная ближе к валу имеет скорость вращения больше, чем отмеченная точка на краю лопасти. Это значит, у них разная линейная скорость вращения. В то же время угловая скорость у всех точек одинаковая.
Угловая скорость представляет собой изменение угла в единицу времени, а не расстояния. Обозначается буквой греческого алфавита – ω и имеет единицу измерения радиан в секунду (рад/с). Иными словами, угловая скорость – это вектор, привязанный к оси обращения предмета.
Формула для вычисления отношения между углом поворота и временным интервалом выглядит так:
где:
- ω – угловая скорость (рад./с);
- ∆ϕ – изменение угла отклонения при повороте (рад.);
- ∆t – время, затраченное на отклонение (с).
Обозначение угловой скорости употребляется при изучении законов вращения. Оно употребляется при описании движения всех вращающихся тел.
Формула угловой скорости
Угловая скорость в конкретных случаях
На практике редко работают с величинами угловой скорости. Она нужна при конструкторских разработках вращающихся механизмов: редукторов, коробок передач и прочего.
Вычислить её, применяя формулу, можно. Для этого используют связь угловой скорости и частоты вращения.
где:
- π – число, равное 3,14;
- ν – частота вращения, (об./мин.).
В качестве примера могут быть рассмотрены угловая скорость и частота вращения колёсного диска при движении мотоблока. Часто необходимо уменьшить или увеличить скорость механизма. Для этого применяют устройство в виде редуктора, при помощи которого понижают скорость вращения колёс. При максимальной скорости движения 10 км/ч колесо делает около 60 об./мин. После перевода минут в секунды это значение равно 1 об./с. После подстановки данных в формулу получится результат:
ω = 2*π*ν = 2*3,14*1 = 6,28 рад./с.
К сведению. Снижение угловой скорости часто требуется для того, чтобы увеличить крутящий момент или тяговое усилие механизмов.
Шестерёнчатый уменьшитель хода для мотокультиватора
Как определить угловую скорость
Принцип определения угловой скорости зависит от того, как происходит движение по окружности. Если равномерно, то употребляется формула:
Если нет, то придётся высчитывать значения мгновенной или средней угловой скорости.
Величина, о которой идёт разговор, векторная, и при определении её направления используют правило Максвелла. В просторечии – правило буравчика. Вектор скорости имеет одинаковое направление с поступательным перемещением винта, имеющего правую резьбу.
Правило Максвелла для угловой скорости
Рассмотрим на примере, как определить угловую скорость, зная, что угол поворота диска радиусом 0,5 м меняется по закону ϕ = 6*t:
ω = ϕ / t = 6 * t / t = 6 с-1
Вектор ω меняется из-за поворота в пространстве оси вращения и при изменении значения модуля угловой скорости.
Угол поворота и период обращения
Рассмотрим точку А на предмете, вращающимся вокруг своей оси. При обращении за какой-то период времени она изменит своё положение на линии окружности на определённый угол. Это угол поворота. Он измеряется в радианах, потому что за единицу берётся отрезок окружности, равный радиусу. Ещё одна величина измерения угла поворота – градус.
Когда в результате поворота точка А вернётся на своё прежнее место, значит, она совершила полный оборот. Если её движение повторится n-раз, то говорят о некотором количестве оборотов. Исходя из этого, можно рассматривать 1/2, 1/4 оборота и так далее. Яркий практический пример этому – путь, который проделывает фреза при фрезеровании детали, закреплённой в центре шпинделя станка.
Внимание! Угол поворота имеет направление. Оно отрицательное, когда вращение происходит по часовой стрелке и положительное при вращении против движения стрелки.
Если тело равномерно продвигается по окружности, можно говорить о постоянной угловой скорости при перемещении, ω = const.
В этом случае находят применения такие характеристики, как:
- период обращения – T, это время, необходимое для полного оборота точки при круговом движении;
- частота обращения – ν, это полное количество оборотов, которое совершает точка по круговой траектории за единичный временной интервал.
Интересно. По известным данным, Юпитер обращается вокруг Солнца за 12 лет. Когда Земля за это время делает вокруг Солнца почти 12 оборотов. Точное значение периода обращения круглого гиганта – 11,86 земных лет.
Циклическая частота вращения (обращения)
Скалярная величина, измеряющая частоту вращательного движения, называется циклической частотой вращения. Это угловая частота, равная не самому вектору угловой скорости, а его модулю. Ещё её именуют радиальной или круговой частотой.
Циклическая частота вращения – это количество оборотов тела за 2*π секунды.
У электрических двигателей переменного тока это частота асинхронная. У них частота вращения ротора отстаёт от частоты вращения магнитного поля статора. Величина, определяющая это отставание, носит название скольжения – S. В процессе скольжения вал вращается, потому что в роторе возникает электроток. Скольжение допустимо до определённой величины, превышение которой приводит к перегреву асинхронной машины, и её обмотки могут сгореть.
Устройство этого типа двигателей отличается от устройства машин постоянного тока, где токопроводящая рамка вращается в поле постоянных магнитов. Большое количество рамок вместил в себя якорь, множество электромагнитов составили основу статора. В трёхфазных машинах переменного тока всё наоборот.
При работе асинхронного двигателя статор имеет вращающееся магнитное поле. Оно всегда зависит от параметров:
- частоты питающей сети;
- количества пар полюсов.
Скорость вращения ротора состоит в прямом соотношении со скоростью магнитного поля статора. Поле создаётся тремя обмотками, которые расположены под углом 120 градусов относительно друг друга.
Переход от угловой к линейной скорости
Существует различие между линейной скоростью точки и угловой скоростью. При сравнении величин в выражениях, описывающих правила вращения, можно увидеть общее между этими двумя понятиями. Любая точка В, принадлежащая окружности с радиусом R, совершает путь, равный 2*π*R. При этом она делает один оборот. Учитывая, что время, необходимое для этого, есть период Т, модульное значение линейной скорости точки В находится следующим действием:
ν = 2*π*R / Т = 2*π*R* ν.
Так как ω = 2*π*ν, то получается:
Следовательно, линейная скорость точки В тем больше, чем дальше от центра вращения находится точка.
К сведению. Если рассматривать в качестве такой точки города на широте Санкт-Петербурга, их линейная скорость относительно земной оси равна 233 м/с. Для объектов на экваторе – 465 м/с.
Числовое значение вектора ускорения точки В, движущейся равномерно, выражается через R и угловую скорость, таким образом:
а = ν2/ R, подставляя сюда ν = ω* R, получим: а = ν2/ R = ω2* R.
Это значит, чем больше радиус окружности, по которой движется точка В, тем больше значение её ускорения по модулю. Чем дальше расположена точка твердого тела от оси вращения, тем большее ускорение она имеет.
Поэтому можно вычислять ускорения, модули скоростей необходимых точек тел и их положений в любой момент времени.
Связь между угловой и линейной скоростями
Понимание и умение пользоваться расчётами и не путаться в определениях помогут на практике вычислениям линейной и угловой скоростей, а также свободно переходить при расчётах от одной величины к другой.
