Авиационные тахометры
Диапазон измерения скорости вращения определяется типом авиадвигателя и лежит в пределах 500—30000 об/мин.
Скорость вращения вала авиадвигателя в значительной степени обусловливает развиваемую им мощность (тягу), а также характеризует динамическую и тепловую напряженность последнего. Поэтому для правильной эксплуатации двигателя необходимо знание его скорости вращения. В качестве измерителей таких скоростей вращения применяют центробежные и магнитные тахометры. Центробежные тахометры используются в системах автоматического регулирования скорости вращения турбокомпрессоров авиадвигателя, а также в системах программного управления как сигнализаторы определенных значений скорости вращения. Магнитные тахометры применяются для визуального контроля скорости вращения.
Магнитный тахометр выполнен последующей схеме (рис. 130). Датчиком тахометра служит синхронный генератор с постоянным магнитом (ротором). Он устанавливается на авиадвигателе. Неподвижная трехфазная обмотка 2 генератора соединяется также с неподвижной трехфазной обмоткой 3 синхронного двигателя в указателе, причем скорость вращения вектора магнитного поля обмотки 3 пропорциональна скорости вращения постоянного магнита датчика, т. е. скорости вращения авиадвигателя.
Скорость вращения ротора синхронного двигателя в свою очередь равна скорости вращения вектора магнитного поля обмотки 3. Таким образом, система датчик — синхронный двигатель образует электрическую синхронную дистанционную передачу («электрический вал») скорости вращения авиадвигателя к магнитному узлу подвижной части указателя.
■Магнитный узел имеет два диска 6 магнитопровода, на каждом нз которых закреплены выступающие полюсы постоянных магнитов. Между дисками 6 помещен металлический диамагнитный.
|
Рис. 130. Электрокинематическая схема магнитного тахометра: / — ротор датчика генератора; 2 — обмотка генератора; 3 — обмотка двигателя; 4 — ротор двигателя; 5 — гистерезисный диск; 0 — магнитопроводы; 7— диамагнитный диск; В — алюминиевый диск; 9— постоянный магнит; Ю— пружина; 11 — стрелка |
диск 7, на оси которого закреплена стрелка 11 прибора. Диск 7 является чувствительным элементом указателя.
При вращении магнитов относительно диска 7 в нем индуктируются вихревые токи /д, величина которых равна:
/д = £ду-Вп, (2.1)
где В—индукция в зазоре между полюсами магнитного узла; у— удетьная электропроводимость материала диска; п — скорость вращения вала двигателя; kR — коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивных параметров диска 7.
Токи /д взаимодействуя с магнитным потоком полюсов на дисках 6, создают движущий момент, приложенный к диску 7,
Ма = кыВ1А = kM-kR—;n-B2 = к-п, (2.2)
где
k = k„-kA-y-B2.
Пружина 10 создает противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания а:
Мп = к„. а, (2.3)
где ku — коэффициент жесткости пружины.
В установившемся режиме противодействующий и движущий моменты равны:
Ма = Мд или а = — Д — — п, (2.4)
Ки
т. е. угол закручивания пружины а и, следовательно, угол отклонения стрелки 11 прибора прямо пропорциональны скорости вращения вала авиадвигателя. Поэтому градуировка шкалы указателя имеет равномерный характер.
Ввиду значительной инерционности ротора синхронного двигателя (на его валу закреплены массивный узел 6 и магнит 4) при быстром изменении скорости вращения авиадвигателя он может отстать от вращающегося поля статора, выпасть из синхронизма н остановиться. При малой скорости вращения авиадвигателя из-за малой величины магнитного потока обмотки 3 этот ротор 4 остается неподвижным. Когда же с ростом скорости вращения авиадвигателя величина магнитного поля обмотки 3 становится достаточной для создания необходимого синхронного вращающего момента, скорость вращения этого поля уже настолько велика, что большой момент инерции ротора препятствует раскручиванию и вхождению ротора в синхронизм с полем статора. При этом к ротору со стороны поля статора прикладывается знакопеременный момент, частота изменения которого пропорциональна скорости вращения поля статора относительно ротора.
Для обеспечения запуска синхронного двигателя и получения устойчивости в работе при любых ускорениях вращающегося поля статора служит гистерезисный диск 5. образующий вместе с обмоткой 3 гистерезисный двигатель.
Гистерезисный диск выполнен из ферромагнитного сплава с достаточно высокой коэрцитивной силой и остаточной индукцией. В размагниченном состоянии он помещается в магнитное поле статора, где и намагничивается.
Если полюсы N—S статора (рис. 131, а) неподвижны, то вектор Фр магнитного поля ротора совпадает по направлению с вектором Фс поля статора (на рис. 131, а поле ротора условно показано элементарными магнитиками в теле ротора).
При вращении поля статора (рис. 131, б) происходит перемаг — ничнвание материала ротора. При этом вектор магнитного потока ротора Фр стремится совместиться с вектором Фс, но из-за гистерезиса вектор Фр будет отставать от вектора Фс на угол р.
В результате взаимодействия полей статора и ротора возникает вращающий момент
М = (2.5)
Так как вращающий момент не зависит от величины относительной скорости ротора и поля статора, а зависит лишь от величины нагрузки, то при угле р^=0 вращающий момент всегда максимален и ротор быстро раскручивается до синхронной скорости вращения.
При скорости вращения ротора, близкой к синхронной, постоянные магниты 4 (см. рис. 130) входят в синхронизм с полем статора и обеспечивают резкое увеличение синхронного вращающего момента. Он теперь складывается из большого вращающего момента постоянных магнитов и меньшего вращающего момента гистерезисного диска.
При ускорениях поля статора ротор стремится выпасть из синхронизма, но этого не происходит, так как в этом случае одновременно увеличивается и момент гистерезисного диска.
Закрепленный на оси стрелки указателя тахометра алюминиевый диск 8 служит для демпфирования ее колебаний. При колебаниях диска в магнитном поле неподвижных постоянных магнитов 9 возникающие в нем вихревые токи взаимодействуют с магнитным полем магнитов 9 и создают тормозной момент, приложенный к оси стрелки. В сдвоенных указателях тахометров отсутствуют демпфирующие диски. Демпфирование в них обеспечивается силами трения в зубчатых передачах.
Датчики тахометров, работающих одновременно на два указателя, в отличие от датчиков, питающих один указатель, имеют повышенную электромагнитную мощность и другой материал постоянных магнитов.
В настоящее время датчики тахометров стандартизированы и отличаются друг от друга лишь числом пар полюсов и мощностью. Широкое применение также получили унифицированные тахометры со шкалой, проградуированной в процентах от максимальной скорости вращения авиадвигателя. Например, у сдвоенного указателя ИТЭ-2 шкала имеет деления от 0 до 105%.