-108-
Ch−¬ng VII
c¶m biÕn vËn tèc, gia tèc vµ rung
7.1. C¶m biÕn ®o vËn tèc
7.1.1. Nguyªn lý ®o vËn tèc
Trong c«ng nghiÖp, phÇn lín tr−êng hîp ®o vËn tèc lµ ®o tèc ®é quay cña
m¸y. §é an toµn còng nh− chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y phô thuéc rÊt lín vµo tèc ®é
quay. Trong tr−êng hîp chuyÓn ®éng th¼ng, viÖc ®o vËn tèc dµi còng th−êng ®−îc
chuyÓn vÒ ®o tèc ®é quay. Bëi vËy, c¸c c¶m biÕn ®o vËn tèc gãc ®ãng vai trß quan
träng trong viÖc ®o vËn tèc.
§Ó ®o vËn tèc gãc th−êng øng dông c¸c ph−¬ng ph¸p sau ®©y:
- Sö dông tèc ®é kÕ vßng kiÓu ®iÖn tõ: nguyªn lý ho¹t ®éng dùa trªn hiÖn t−îng
c¶m øng ®iÖn tõ. C¶m biÕn gåm cã hai phÇn: phÇn c¶m (nguån tõ th«ng) vµ phÇn
øng (phÇn cã tõ th«ng ®i qua). Khi cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a phÇn c¶m vµ
phÇn øng, tõ th«ng ®i qua phÇn øng biÕn thiªn, trong nã xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng
c¶m øng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
dt
d
eΦ
−=
Th«ng th−êng tõ th«ng qua phÇn øng cã d¹ng:
() ()
xFx 0
Φ=Φ
Trong ®ã x lµ biÕn sè cña vÞ trÝ thay ®æi theo vÞ trÝ gãc quay hoÆc theo ®−êng th¼ng,
khi ®ã suÊt ®iÖn ®éng e xuÊt hiÖn trong phÇn øng cã d¹ng:
dt
dx
dx
)x(dF
e0
Φ−=
SuÊt ®iÖn ®éng nµy tØ lÖ víi vËn tèc cÇn ®o.
- Sö dông tèc ®é kÕ vßng lo¹i xung: lµm viÖc theo nguyªn t¾c ®o tÇn sè chuyÓn
®éng cña phÇn tö chuyÓn ®éng tuÇn hoµn, vÝ dô chuyÓn ®éng quay. C¶m biÕn lo¹i
nµy th−êng cã mét ®Üa ®−îc m· ho¸ g¾n víi trôc quay, ch¼ng h¹n gåm c¸c phÇn
trong suèt xen kÏ c¸c phÇn kh«ng trong suèt. Cho chïm s¸ng chiÕu qua ®Üa ®Õn mét
®Çu thu quang, xung ®iÖn lÊy tõ ®Çu thu quang cã tÇn sè tØ lÖ víi vËn tèc quay cÇn
®o.
7.1.2. Tèc ®é kÕ ®iÖn tõ
a) Tèc ®é kÕ ®iÖn tõ ®o vËn tèc gãc
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2010
For Evaluation Only.
-109-
- Tèc ®é kÕ dßng mét chiÒu:
S¬ ®å cÊu t¹o cña mét tèc ®é kÕ dßng mét chiÒu biÓu diÔn trªn h×nh 7.1.
Stato (phÇn c¶m) lµ mét nam ch©m ®iÖn hoÆc nam ch©m vÜnh cöu, roto (phÇn
øng) lµ mét trôc s¾t gåm nhiÒu líp ghÐp l¹i, trªn mÆt ngoµi roto xÏ c¸c r·nh song
song víi trôc quay vµ c¸ch ®Òu nhau. Trong c¸c r·nh ®Æt c¸c d©y dÉn b»ng ®ång gäi
lµ d©y chÝnh, c¸c d©y chÝnh ®−îc nèi víi nhau tõng ®«i mét b»ng c¸c d©y phô. Cæ
gãp lµ mét h×nh trô trªn mÆt cã g¾n c¸c l¸ ®ång c¸ch ®iÖn víi nhau, mçi l¸ nèi víi
mét d©y chÝnh cña roto. Hai chæi quÐt Ðp s¸t vµo cæ gãp ®−îc bè trÝ sao cho t¹i mét
thêi ®iÓm chóng lu«n tiÕp xóc víi hai l¸ ®ång ®èi diÖn nhau.
Khi r« to quay, suÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn trong mét d©y dÉn x¸c ®Þnh theo biÓu
thøc:
dt
d
ei
i
φ
−=
Trong ®ã dφi lµ tõ th«ng mµ d©y dÉn c¾t qua trong thêi gian dt:
iNcici BdSBdSdd ==φ
dSc lµ tiÕt diÖn bÞ c¾t trong kho¶ng thêi gian dt:
rdtllvdtdSc
ω
==
Trong ®ã:
l - chiÒu dµi d©y dÉn.
v - vËn tèc dµi cña d©y.
ω - vËn tèc gãc cña d©y.
r - b¸n kÝnh quay cña d©y.
BiÓu thøc cña suÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn trong mét d©y:
iNi rlBe ω−=
H×nh 7.1 S¬ ®å cÊu t¹o cña m¸y ph¸t dßng mét chiÒu
1) Stato 2) R«to 3) Cæ gãp 4) Chæi quÐt
1
NS
2
3
4
-110-
SuÊt ®iÖn ®éng øng víi mét nöa sè d©y ë bªn ph¶i ®−êng trung tÝnh:
00p nNN
2
Eφ−=φ
π
ω
−=
N - tæng sè d©y chÝnh trªn roto.
n - sè vßng quay trong mét gi©y.
φ0 - lµ tõ th«ng xuÊt ph¸t tõ cùc nam ch©m.
T−¬ng tù tÝnh ®−îc suÊt ®iÖn ®éng øng víi mét nöa sè d©y ë bªn tr¸i:
0t nNE φ= (7.1)
Nguyªn t¾c nèi d©y lµ nèi thµnh hai côm, trong mçi côm c¸c d©y m¾c nèi tiÕp
víi nhau, cßn hai côm th× m¾c ng−îc pha nhau.
b) Tèc ®é kÕ dßng xoay chiÒu
- M¸y ph¸t ®ång bé:
S¬ ®å cÊu t¹o cña mét tèc ®é kÕ dßng xoay chiÒu kiÓu m¸y ph¸t ®ång bé biÓu
diÔn trªn h×nh 7.2.
Thùc chÊt ®©y lµ mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu nhá. Roto (phÇm c¶m) cña
m¸y ph¸t lµ mét nam ch©m hoÆc tæ hîp cña nhiÒu nam ch©m nhá. PhÇn øng gåm
c¸c cuén d©y bè trÝ c¸ch ®Òu trªn mÆt trong cña stato lµ n¬i cung cÊp suÊt ®iÖn ®éng
c¶m øng h×nh sin cã biªn ®é tØ lÖ víi tèc ®é quay cña roto.
tsinEe Ω= (7.2)
Trong ®ã ω= 1
KE , ω=Ω 2
K, K1 vµ K2 lµ c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cho m¸y ph¸t.
Gi¸ trÞ cña ω cã thÓ tÝnh ®−îc theo E hoÆc Ω.
- X¸c ®Þnh
ω
tõ biªn ®é suÊt ®iÖn ®éng:
Cuén c¶m øng cã trë kh¸ng trong:
Ω
+
=iii jLRZ
H×nh 7.2 S¬ ®å cÊu t¹o cña m¸y ph¸t ®ång bé
1) Stato 2) R«to
N
S
N
N
S
S
1
21
2
-111-
Trong ®ã Ri, Li lµ ®iÖn trë vµ tù c¶m cña cuén d©y. §iÖn ¸p ë hai ®Çu cuén øng víi
t¶i R cã gi¸ trÞ:
()()()()
2
i2
2
i
1
2
i
2
iLKRR
RK
LRR
RE
Uω++
ω
=
Ω++
= (7.3)
Tõ biÓu thøc (7.3), ta thÊy ®iÖn ¸p U kh«ng ph¶i lµ hµm tuyÕn tÝnh cña tèc ®é
quay ω. §iÒu kiÖn ®Ó sö dông m¸y ph¸t nh− mét c¶m biÕn vËn tèc lµ R>>Zi ®Ó sao
cho cã thÓ coi U ≈ E.
§iÖn ¸p ë ®Çu ra ®−îc chØnh l−u thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu, ®iÖn ¸p nµy kh«ng
phô thuéc chiÒu quay vµ hiÖu suÊt läc gi¶m khi tÇn sè thÊp. MÆt kh¸c, sù cã mÆt cña
bé läc lµm t¨ng thêi gian håi ®¸p cña c¶m biÕn.
- X¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®o tÇn sè cña suÊt ®iÖn ®éng: ph−¬ng ph¸p nµy cã −u ®iÓm lµ
tÝn hiÖu cã thÓ truyÒn ®i xa mµ sù suy gi¶m tÝn hiÖu kh«ng ¶nh h−ëng tíi ®é chÝnh
x¸c cña phÐp ®o.
- M¸y ph¸t kh«ng ®ång bé:
CÊu t¹o cña m¸y ph¸t kh«ng ®ång bé t−¬ng tù nh− ®éng c¬ kh«ng ®ång bé hai
pha (h×nh 7.3).
Roto lµ mét ®Üa h×nh trô kim lo¹i máng vµ dÞ tõ quay cïng tèc ®é víi trôc cÇn
®o, khèi l−îng vµ qu¸n tÝnh cña nã kh«ng ®¸ng kÓ.
Stato lµm b»ng thÐp tõ tÝnh, trªn ®ã bè trÝ hai cuén d©y, mét cuén lµ cuén kÝch
thÝch ®−îc cung cÊp ®iÖn ¸p Vc cã biªn ®é Ve vµ tÇn sè ωe æn ®Þnh tcosVV eec ω= .
Cuén d©y thø hai lµ cuén d©y ®o. Gi÷a hai ®Çu ra cña cuén nµy xuÊt hiÖn mét
suÊt ®iÖn ®éng em cã biªn ®é tØ lÖ víi tèc ®é gãc cÇn ®o:
()
(
)
ϕ
ω
ω
ϕ
ω
=tcosVktcosEe eeemm
ω
2
3
2
Ve
em
H×nh 7.3 S¬ ®å cÊu t¹o m¸y ph¸t kh«ng ®ång bé
1) Cuén kÝch 2) R«to 3) Cuén ®o
-112-
Trong ®ã k lµ h»ng sè phô thuéc vµo kÕt cÊu cña m¸y, ϕ lµ ®é lÖch pha.
c) Tèc ®é kÕ ®iÖn tõ ®o vËn tèc dµi
Khi ®o vËn tèc dµi, víi ®é dÞch chuyÓn lín cña vËt kh¶o s¸t (> 1m) th−êng
chuyÓn thµnh ®o vËn tèc gãc. Tr−êng hîp ®o vËn tèc cña dÞch chuyÓn th¼ng nhá cã
thÓ dïng c¶m biÕn vËn tèc dµi gåm hai phÇn tö c¬ b¶n: mét nam ch©m vµ mét cuén
d©y. Khi ®o, mét phÇn tö ®−îc gi÷ cè ®Þnh, phÇn tö thø hai liªn kÕt víi vËt chuyÓn
®éng. ChuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a cuén d©y vµ nam ch©m lµm xuÊt hiÖn trong cuén
d©y mét suÊt ®iÖn ®éng tØ lÖ víi vËn tèc cÇn ®o.
S¬ ®å c¶m biÕn cã cuén d©y di ®éng biÓu diÔn trªn h×nh 7.4.
SuÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn trong cuén d©y cã d¹ng:
lB
v
rNB
v
2e =π=
N - sè vßng d©y.
r - b¸n kÝnh vßng d©y.
B - gi¸ trÞ cña c¶m øng tõ.
v - tèc ®é dÞch chuyÓn cña vßng d©y.
l - tæng chiÒu dµi cña d©y.
Tèc ®é kÕ lo¹i nµy ®o ®−îc ®é dÞch chuyÓn vµi mm víi ®é nh¹y ~ 1V/m.s.
Khi ®é dÞch chuyÓn lín h¬n (tíi 0,5 m) ng−êi ta dïng tèc ®é kÕ cã nam ch©m di
®éng (h×nh 7.5).
C¶m biÕn gåm mét nam ch©m di chuyÓn däc trôc cña hai cuén d©y quÊn ng−îc
chiÒu nhau vµ m¾c nèi tiÕp. Khi nam ch©m di chuyÓn, suÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn
trong tõng cuén d©y tØ lÖ víi tèc ®é cña nam ch©m nh−ng ng−îc chiÒu nhau. Hai
cuén d©y ®−îc m¾c nèi tiÕp vµ quÊn ng−îc chiÒu nªn nhËn ®−îc suÊt ®iÖn ®éng ë
®Çu ra kh¸c kh«ng.
H×nh 7.4 C¶m biÕn dïng cuén d©y di ®éng
1) Nam ch©m 2) Cuén d©y
N
SS
v
1
2