Chương 2: Các cơ cấu chỉ thị

Chia sẻ: Ha Tuananh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

0
480
lượt xem
114
download

Chương 2: Các cơ cấu chỉ thị

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cơ cấu chỉ thị là dụng cụ đo mà số chỉ của nó là đại lượng tỉ lệ với đại lượng đo liên tục. Chỉ thị cơ điện là cơ cấu chỉ thị có tín hiệu vào là dòng điện và tín hiệu ra là góc quay của kim chỉ thị.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Các cơ cấu chỉ thị

  1. Chương 2
  2. Chương 2 CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện 2.1.1 Khái niệm chung 2.1.2 Các mômen tác động lên phần động cơ cấu 2.1.3. Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện 2.2.1 Cơ cấu từ điện 2.2.2 Cơ cấu điện từ 2.2.3. Cơ cấu điện động 2.2.4 Cơ cấu cảm ứng 2.3 Chỉ thị số 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 Các loại chỉ thị số 2.3.3 Mã và các mạch biến đổi mã 8/24/2009 Thành DC 2
  3. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện 2.1.1 Khái niệm chung C¬ cÊu chØ thÞ lµ dông cô ®o mµ sè chØ cña nã lµ ®¹i l−îng tØ lÖ víi ®¹i l−îng ®o liªn tôc. ChØ thÞ c¬ ®iÖn lµ c¬ cÊu chØ thÞ cã tÝn hiÖu vµo lµ dßng ®iÖn vµ tÝn hiÖu ra lµ gãc quay cña kim chØ thÞ. §¹i l−îng cÇn ®o sÏ trùc tiÕp biÕn ®æi thµnh gãc quay cña kim chØ thÞ, tøc lµ thùc hiÖn viÖc chuyÓn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn tõ thµnh n¨ng l−îng c¬ häc lµm quay kim chØ thÞ ®i mét gãc α: α = f(x), x lµ ®¹i l−îng vµo. C¬ cÊu chØ thÞ c¬ ®iÖn bao gåm cã hai phÇn lµ phÇn tÜnh vµ phÇn quay. Tuú theo ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn tõ ng−êi ta chia thµnh c¬ cÊu chØ thÞ kiÓu tõ ®iÖn, ®iÖn tõ, ®iÖn ®éng, c¶m øng vµ tÜnh ®iÖn. Các cơ cấu chỉ thị này thường dùng trong các dụng cụ đo các đại lượng: dòng điện,điện áp, công suất, tần số, góc pha, điện trở … của mạch điện một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp. 8/24/2009 Thành DC 3
  4. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện C¸c chi tiÕt c¬ khÝ chung cña chØ thÞ c¬ ®iÖn a.Trục và trụ Lµ bé phËn quan träng trong c¸c chi tiÕt c¬ khÝ cña c¸c c¬ cÊu chØ thÞ c¬ ®iÖn. §¶m b¶o cho phÇn ®éng quay trªn trôc cã g¾n c¸c chi tiÕt cña phÇn ®éng nh− kim chØ thÞ, lß xo ph¶n, khung d©y. b. Bộ phận phản kháng - Lò xo phản kháng hoặc dây căng và dây treo: tạo ra mômen cản (có mômen cản riêng D) và dẫn dòng điện vào khung dây. Dây căng và dây treo được sử dụng khi cần giảm mômen cản để tăng độ nhạy của cơ cấu chỉ Lß xo ph¶n kh¸ng D©y c¨ng D©y treo thị H×nh 2.1a Mét sè c¬ cÊu ph¶n kh¸ng 8/24/2009 Thành DC 4
  5. 8/24/2009 Thành DC 5
  6. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện c. Kim chØ thÞ gãc quay α Kim chØ thÞ gãc quay α ®−îc g¾n víi trôc quay. §é di chuyÓn cña kim trªn thang chia ®é tØ lÖ víi gãc quay α. Ngoμi ra cã thÓ chØ thÞ gãc quay b»ng ¸nh s¸ng. d. Thang chia ®é G−¬ng H×nh 2.1b Thang chia ®é Thang chia ®é lµ mÆt kh¾c ®é thang ®o, ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®o 8/24/2009 Thành DC 6
  7. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện e.Bộ phận cản dịu §Ó rót ng¾n qu¸ tr×nh dao ®éng cña phÇn ®éng, x¸c lËp vÞ trÝ nhanh chãng trong c¬ cÊu chØ thÞ. Th«ng th−êng sö dông hai lo¹i c¶n dÞu ®ã lµ c¶n dÞu kiÓu kh«ng khÝ va c¶n dÞu kiÓu c¶m øng a) C¬ cÊu c¶n dÞu kiÓu kh«ng khÝ b) C¬ cÊu c¶n dÞu kiÓu c¶m øng H×nh 2.2 Mét sè c¬ cÊu c¶n dÞu th−êng gÆp 8/24/2009 Thành DC 7
  8. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện 2.1.2. Các mômen tác động lên phần động cơ cấu a. M« men quay Khi cã dßng ®iÖn ch¹y trong c¬ cÊu chØ thÞ, th× trong nã sÏ tÝch luü mét n¨ng l−îng ®iÖn tõ, n¨ng l−îng nµy ®−îc biÕn thµnh c¬ n¨ng lµm quay phÇn ®éng ®i mét gãc nµo ®ã, cã nghÜa lµ thùc hiÖn mét c«ng c¬ häc: dA = Mqdα Trong ®ã: dA: l−îng vi ph©n cña c«ng c¬ häc Mq: m« men quay dα: l−îng vi ph©n cña gãc quay Theo ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l−îng dWe = dA, dWe l−îng vi ph©n cña n¨ng l−îng ®iÖn tõ dWe VËy: Mq = dα 8/24/2009 Thành DC 8
  9. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện b. Mômen phản D−íi t¸c dông cña m« men quay, nÕu kh«ng cã g× c¶n l¹i th× phÇn ®éng cña c¬ cÊu sÏ quay ®i mét gãc lín nhÊt cã thÓ cã ®−îc. V× vËy ng−êi ta t¹o ra c¸c m« men c¶n tû lÖ víi gãc quay α nhê c¸c bé phËn ph¶n kh¸ng lµ lß xo xo¾n, d©y c¨ng hoÆc d©y treo. Ta cã: Mp = Dα ; D lµ hÖ sè phô thuéc vµo kÝch th−íc vËt liÖu chÕ t¹o lò xo, d©y c¨ng hoÆc d©y treo. Khi m« men quay c©n b»ng víi m« men c¶n th× phÇn ®éng ®øng yªn Mq = Mc = Dα c. M« men ma s¸t §èi víi c¸c dông cô dïng trôc quay ta ph¶i xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña lùc ma s¸t gi÷a trôc vµ æ , m« men ma s¸t ®−îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm Mms = K. Gn ; K: hÖ sè tû lÖ, G: träng l−îng phÇn ®éng, n = (1.3 ÷ 1.5) 8/24/2009 Thành DC 9
  10. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện d. Mô men cản dịu Khi trôc quay dÉn ®Õn kim chØ thÞ quay theo cho tíi vÞ trÝ c©n b»ng råi míi dõng l¹i, do phÇn ®éng cã qu¸n tÝnh vµ lß xo bÞ kÐo nªn kim sÏ dao ®éng råi míi ®øng yªn cho nªn ph¶i cã bé phËn æn ®Þnh dao ®éng kim hay bé phËn c¶n dÞu. M« men c¶n dÞu ®−îc chÕ t¹o sao cho cã trÞ sè tû lÖ víi tèc ®é quay cña phÇn ®éng: dα M cd = p. dt p: hÖ sè tû lÖ phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm cÊu t¹o cña bé phËn c¶n dÞu. Tõ biÓu thøc trªn cho ta thÊy khi phÇn ®éng ë vÞ trÝ c©n b»ng th×: dα =0 H×nh 2.3 Sù dao ®éng cña kim dt nh− vËy m« men c¶n dÞu kh«ng lµm ¶nh h−ëng ®Õn kÕt qu¶ ®o. 8/24/2009 Thành DC 10
  11. 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện 2.1.3 Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng phÇn ®éng cña c¬ cÊu ®o Theo ®Þnh luËt c¬ häc ®èi víi mét chuyÓn ®éng quay. §¹o hµm bËc nhÊt cña m«men ®éng l−îng theo thêi gian b»ng tæng c¸c m« men quay t¸c ®éng lªn vËt quay Êy d ⎛ dα ⎞ d 2α ⎜J ⎟ = ∑ Mi ⇒ J 2 = ∑ Mi dt ⎝ dt ⎠ dt J : m« men qu¸n tÝnh phÇn ®éng ΣMi : Tæng c¸c m« men t¸c ®éng lªn phÇn ®éng cña c¬ cÊu bao gåm: dWdt dα Mq = ; M ms = K .G n ; M cd = p ; M p = Dα dα dt 8/24/2009 Thành DC 11
  12. Thay vµo ph−¬ng tr×nh ta cã: d 2α J 2 = M q − M p − M ms ± M cd dt d 2α dα ⇒J ±p + M p + M ms = M q dt 2 dt Ph−¬ng tr×nh nµy chÝnh lµ ph−¬ng tr×nh M m« men chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu. Gi¶i Mq1 M ph−¬ng tr×nh nµy ta t×m ®−îc α(t). Tuú Mq2 theo quan hÖ gi÷a J, P, D mµ c¬ cÊu dao ®éng hay kh«ng dao ®éng vµ quyÕt ®Þnh ®Õn tÝnh æn ®Þnh vµ thêi gian ®o cña c¬ αc1 αc1 α 0 cÊu. 8/24/2009 Thành DC 12
  13. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện 2.2.1 C¬ cÊu ®o tõ ®iÖn 2.2.1.1 Lo¹i cã mét khung d©y ®éng Nam ch©m vÜnh cöu Kim chØ thÞ Khung d©y Lß xo ph¶n Cùc tõ kh¸ng Lâi s¾t non 8/24/2009 Thành DC 13
  14. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện a. Cấu tạo Phần tĩnh: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ và cực từ 3 lõi sắt 6 hình thành mạch từ kín. Giữa cực từ 3 và lõi sắt 6 có có khe hở không khí đều gọi là khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động. Phần động: khung dây quay 5 được quấn bắng dây đồng. Khung dây được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò xo cản 7mắc ngược nhau, kim chỉ thị 2 và thang đo 8. 8/24/2009 Thành DC 14
  15. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện b. Nguyên lý làm việc - Khi ta cho dßng ®iÖn 1 chiÒu I ch¹y vµo khung d©y, d−íi t¸c dông cña tõ tr−êng nam ch©m vÜnh cöu trong khe hë kh«ng khÝ, c¸c c¹nh cña khung d©y sÏ chÞu t¸c dông 1 lùc: F = BlWI Trong ®ã: B: TrÞ sè c¶m øng tõ trong khe hë kh«ng khÝ; l: chiÒu dµi t¸c dông cña khung d©y; W: lµ sè vßng d©y; I: trÞ sè dßng ®iÖn. - Ta thÊy 2 c¹nh cña khung d©y cïng chịu t¸c dông cña lùc F nh−ng ng−îc chiÒu nhau nªn sÏ t¹o ra m«men quay: d F M q = 2 F = B.l.d .W .I = B.S .W .I 2 Trong ®ã: d: KÝch th−íc ngang cña khung d©y. S = dl lµ thiÕt diÖn bÒ mÆt khung d©y. I 8/24/2009 Thành DC 15
  16. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện M«men ph¶n cña lß xo: MP = D.α VËy phÇn ®éng sÏ c©n b»ng khi: B.S .W Mq = MP ⇔ B.S .W . I = Dα ⇔ α = I = S I .I D Trong ®ã B.S .W SI = = const D SI : gäi lµ ®é nh¹y cña c¬ cÊu theo dßng ®iÖn. Ta thÊy α tû lÖ bËc nhÊt víi I. 8/24/2009 Thành DC 16
  17. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện c. Đặc điểm và ứng dụng - ¦u ®iÓm: + Dông cô cã ®é nh¹y cao vµ kh«ng ®æi trong toµn thang ®o + §é chÝnh x¸c cao, Ýt chÞu ¶nh h−ëng cña tõ tr−êng ngoµi, tiªu thô n¨ng l−îng Ýt. + V× α tû lÖ bËc nhÊt víi I nªn thang chia ®é cña c¬ cÊu ®Òu -Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i kÐm v× phÇn ®éng cã d©y tiÕt diÖn nhá, chÕ t¹o phøc t¹p. - Nh−îc ®iÓm: + ChÕ t¹o khã kh¨n, gi¸ thµnh ®¾t. + Do khung d©y ë phÇn ®éng nªn ph¶i quÊn b»ng d©y cã kÝch th−íc nhá nªn kh¶ n¨ng qu¸ t¶i kÐm + ChØ ®o ®−îc dßng 1 chiÒu. 8/24/2009 Thành DC 17
  18. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện ThËt vËy, khi ta cho dßng xoay chiÒu i = Imsinωt vµo khung d©y, ta cã m«men quay tøc thêi theo thêi gian: mq(t) = B.S.W.i T T 1 1 M qTB = ∫ mq (t )dt = B.S .W .I m ∫ sin ωtdt = 0 T0 T0 VËy muèn ®o c¸c ®¹i l−îng xoay chiÒu ta ph¶i kÕt hîp víi bé chØnh l−u. + øng dông: dïng chÕ t¹o A, V, Om mÐt, ®iÖn kÕ cã ®é nh¹y cao. Dïng lµm c¬ cÊu chØ kh«ng trong c¸c ®ång hå v¹n n¨ng, trong c¸c cÇu ®o vv..vv 8/24/2009 Thành DC 18
  19. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện 2.2.1.2 Lo¹i cã hai khung d©y ®éng (L«g«mÐt tõ ®iÖn) a. Cấu tạo - PhÇn tÜnh gièng nh− c¬ cÊu mét khung d©y nh−ng khe hë kh«ng khÝ gi÷a cùc tõ vµ lâi s¾t non lµ kh«ng ®Òu nhau. - PhÇn ®éng ta ®Æt hai cuén d©y Khung d©y 1 chÐo nhau 600, g¾n cøng trªn trôc quay vµ lÇn l−ît cho dßng ®iÖn I1 vµ I2 ch¹y qua sao cho chóng I1 Khung d©y 2 I2 sinh ra hai m« men quay ng−îc H×nh 2.5 L«g«mÐt tõ ®iÖn chiÒu nhau. PhÇn ®éng kh«ng cã lß xo ph¶n 8/24/2009 Thành DC 19
  20. 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện b. Nguyên lý làm việc Khi ta cho c¸c dßng 1 chiÒu I1, I2 ch¹y vµo c¸c cuén d©y ®éng, d−íi t¸c dông cña tõ tr−êng nam ch©m vÜnh cöu sÏ t¹o ra c¸c m«men quay M1, M2 víi: M1 = B1.S1.W1.I1 M1 = B2.S2.W2.I2 V× khe hë kh«ng khÝ lµ kh«ng ®Òu nªn c¶m øng tõ B phô thuéc vÞ trÝ cña khung d©y ®éng. B−1 = f1 (α) M1 = f1 (α).S1.W1.I1 f1 (α ).S1 .W1 I 2 = B−2 = f2 (α) M2 = f2 (α).S2.W2.I2 f 2 (α ).S 2 .W2 I1 PhÇn ®éng sÏ c©n b»ng khi M−1 = M2 ⎛ I2 ⎞ Ta cã : f1 (α).S1.W1.I1 = f2 (α).S2.W2.I2 ⇒α = f ⎜ ⎟ ⎝ I1 ⎠ 8/24/2009 Thành DC 20
Đồng bộ tài khoản