بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه در صنایع بزرگ، میزان دقت و کیفیت تجهیزات اندازهگیری بهخصوص سرعت الکتروموتورها از اهمیت ویژهای برخوردار است. به طور کلی سرعت موتورهای الکتریکی را میتوان با روشهای مختلف اندازهگیری نمود.
یکی از ابزارهای سنجش سرعت در صنعت، تاکوژنراتور میباشد. تاکوژنراتورها دارای مزایایی از جمله سادگی و اندازهگیری سرعت، بدون نیاز به محاسبات میباشند، اما سیگنال خروجی آنها دارای ریپل بوده و حساس به نویز میباشند و با تغییر دما، خروجی نیز در سرعت ثابت تغییر میکند. همچنین قیمت زیاد، دقت محدود، استهلاک زیاد و محدودیت اندازهگیری در سرعتهای بالا از دیگر معایب تاکوژنراتورها میباشند.
در این پژوهش جهت غلبه بر مشکلات فوق، یک مجموعه الکترونیکی بهجای تاکوژنراتور در یک نمونه عملی، طراحی و ساخته شده است. سیستم اندازهگیری سرعت طوری طراحی گردیده است که خروجی آن مشابه عملکرد تاکوژنراتور باشد. نتایج عملی در این تحقیق و مقایسه آن با سیستم قبلی حاکی از جایگزینی مناسب این سیستم اندازهگیری، جهت رفع محدودیتها و معایب، با تاکوژنراتور میباشد. در ادامه به نحوه ساخت برد الکترونیکی و نحوه عملکرد سیستم و همچنین تست آن پرداخته شده است.
.1 مقدمه
در سالهای اخیر با پیشرفت تکنولوژی، استفاده از موتورهای الکتریکی همراه با کنترل سرعت، گسترش چشمگیری یافته است. استفاده از موتور با سرعت متغیر امکان اعمال تغییرات لازم را به طور دائم فراهم آورده و بدین ترتیب میتوان با توجه به فرآیند مورد نظر از اتلاف انرژی در تنظیمکنندههای مکانیکی جلوگیری نمود. الکتروموتورهای موجود در صنعت میتوانند محرک هر سیالی توسط پمپ، یا کمپرسورها باشند؛ با تطبیق سرعت موتور به حداکثر ظرفیت ذخیرهسازی مورد نیاز، با توجه به فرآیند مورد نظر، از هرگونه خاموش و روشن شدن موتور جلوگیری کرد.همچنین کنترل سرعتِ دقیق و به همراه آن توان خروجی، قابل دسترس بوده و با استفاده از مدارات الکتریکی امکانپذیر میباشد.
تصمیمگیری در مورد استفاده از موتور با سرعت متغیر بستگی به نوع کاربرد مورد نظر دارد و از همه مهمتر سنجش سرعتِ آن که مقوله اصلی این پژوهش محسوب میشود، در هر کاربردی امری مهم تلقی میگردد. اطلاع دقیق از سرعت مکانیکی شفت1الکتروموتور در هر فرآیندی آنقدر مهم میباشد که میتوان آن را تعیین کنندهی کیفیت خروجی آن فرآیند دانست.
اهمیت این امر به اندازهای است که سنجش نادرست سرعت شفت یک الکتروموتور منجر به از دست رفتن کل یا بخشی از فرآیند یک مجموعه گردد. هر چند که در چند دههی اخیر کار بر روی سیستمهای بدون حسگر ِ سرعت، رشد چشمگیر و قابل توجهی داشته است اما در صنایع مختلف با توجه به نوع کاربرد و اهمیت بالای آنها، از سیستمهای با حسگر، سرعت شفت موتور تشخیص داده میشود. از این رو استفاده از سیستمهای حلقه بسته،با استفاده از حسگر تشخیص سرعتِ الکتروموتور نسبت به روشهای بدون سنسور در برخی از کاربردها در صنایع، در اولویت قرار دارد. همان طور که در بخش ابتدایی گفته شد سرعت و موقعیت شفت یک موتور الکتریکی را میتوان با انواع سرعتسنجها اندازهگیری نمود که در ادامه به بررسی مزایا و معایب هر یک خواهیم پرداخت.
در این پژوهش به طراحی و ساخت مجموعهی الکترونیکی و جایگزینی آن با تاکوژنراتور، جهت سنجش سرعت شفت الکتروموتور و مقایسه آن با سیستم قدیم و بیان مزایا و ویژگیهای سیستم ساخته شده به طور عملی خواهیم پرداخت.
.2 سیستمهای اندازهگیری سرعت تجهیزات دوار
یکی از دستگاههایی که جهت اندازهگیری سرعت یک جسم دوار بهکار میرود تاکومتر یا سرعتسنج میباشد. از سرعتسنجها برای اندازهگیری سرعت موتورهای دوار، فنهای متحرک، اندازهگیری سرعت خطوط طولی نظیر نوار نقاله و ... استفاده میشود. سرعتسنجها با توجه به کاربرد آن به انواع تماسی یا مکانیکی و غیرتماسی تقسیم میشوند. در مکانهایی که با سرعت بالا مواجه هستیم یا مواردی که نمیتوان با شیء تماس برقرار کرد از سرعتسنجهای غیرتماسی استفاده میشود.
.1 .2 اندازهگیری سرعت تجهیزات دوار به روش تماسی
دورسنج مکانیکی با برقراری تماس با جسم دوار کار میکند. معمولا در انتهای جسم دوار - شفت موتور - یک برآمدگی دوکی شکل یا استوانهای شکل جهت تماس با جسم دوار تعبیه گردیده است که همزمان با افزایش سرعت، با تبدیل این کمیت مکانیکی به الکتریکی مقدار سرعت را اندازهگیری مینماید. در این بین، از معروفترین دورسنجهای تماسی که در اکثر صنایع به وفور دیده میشود، تاکوژنراتورها میباشند که اغلب آنها نیز تاکوژنراتورهای DC میباشند. در ادامه به بررسی انواع تاکوژنراتورها و مزایا و معایب آنها پرداخته شده است.
یکی از روش های تعیین سرعت موتور یا هر وسیله دوار دیگر، استفاده از تاکوژنراتور2میباشد. تاکوژنراتورها به دو دسته تاکوژنراتورهای AC و DC تقسیمبندی میشوند. تاکوژنراتورهای AC شامل تاکوژنراتورهای القایی و سنکرون و تاکوژنراتورهای DC شامل تاکوژنراتورهای با میدان تحریک و با میدان مغناطیس دائم میباشند . این تجهیز به صورت مستقیم یا به صورت کوپل شده به محوری که سنجش سرعت آن مورد نظر است، متصل میشود. تاکوژنراتورها، ماشینهایی الکتریکی هستند که با کوپل شدن به شفت موتور، در مد ژنراتوری کار میکنند و حرکت دورانی شفت موتور را به صورت ولتاژ الکتریکی - گرادیان ولتاژ - به خروجی منتقل مینمایند. توان این نوع ماشینها، کسری از اسب بخار بوده و میزان ولتاژ خروجی متناسب با سرعت دوران شفت موتور میباشد. رابطه سرعت چرخش شفت و میزان ولتاژ خروجی بصورت زیر میباشد.
که در آن ثابت Kg ضریب تقویت حالت دائم و زوایه چرخش روتور میباشد. معمولا ضریب آن بصورت چند ولت بر 1000 دور بیان میشود. از ویژگیهای یک تاکوژنراتور خوب میتوان به خطای دامنه کوچک، خطای فاز کوچک، ضریب تقویت بزرگ، اصطکاک کم، اینرسی کم و ثابت زمانی الکترومکانیکی کوچک اشاره کرد. همچنین سادگی عملکرد، مقاومت مکانیکی و نیز اندازهگیری مستقیم سرعت بدون نیاز به محاسبات، از مزایای تاکوژنراتور میباشد. در مقابل وجود ریپل در سیگنال خروجی، حساسیت به نویز، تغییرات دمایی، نیاز به تعمیر و نگهداری دورهای و تعویض ذغال بهویژه در تاکوژنراتورهای DC و عدم توانایی اندازهگیری در سرعتهای بالا از معایب آن به شمار میرود. در شکل 1 نمونهای از تاکوژنراتورهای DC نشان داده شده است.
شکل – 1 نمونهای از تاکوژنراتورهای DC
.2 .2 اندازهگیری سرعت تجهیزات دوار به روش غیرتماسی
از تاکومترهای غیر تماسی میتوان به نمونههای لیزری، نوری و القایی اشاره کرد. در سرعت سنجهای لیزری یک جسم منعکس کننده نور بر روی شفت مورد نظر نصب میگردد؛ سیستم اندازهگیری یک اشعه لیزر به شفت میتاباند و با هر بار رد شدن جسم نصب شده از زیر نور لیزر، انعکاس آن به سیستم اندازهگیری میرسد و بدین صورت سرعت دوران شفت را اندازه میگیرد.
دورسنجهای القایی نیز در دسته سنسورهای بدون تماس هستند که اساسا بر مبنای مدارهای مغناطیسی بنا نهاده شدهاند. در این پروژه نیز از این نوع سنسور جهت سنجش سرعت استفاده شده است که در بخش ساخت به تشریح کاملتر آن پرداخته شده است. دورسنجهای غیرتماسی نسبت به مکانیکی دارای مزایایی هستند که از جمله آن میتوان به عدم نیاز به تعمیر و نگهداری، دقت بالاتر و حجم کمتر اشاره کرد. سنسورهای غیرتماسی مشابه سنسورهای تماسی وظیفهی اندازهگیری سرعت را بر عهده دارند. با این تفاوت که سنسورهای غیر تماسی بر خلاف نوع تماسی هیچگونه ارتباط فیزیکی با شفت موتور نداشته و سرعت موتور را با دقت بالاتری اندازهگیری میکند.
