Тахометр для электродвигателя

Автомобильный тахометр своими руками

Автомобильный тахометр — это измерительный прибор, который предназначен для измерения количества оборотов коленчатого вала двигателя в минуту (об/мин). Раньше в автомобили устанавливались механические тахометры. В современных автомобилях устанавливаются электрические или электронные тахометры.

Во время работы двигателя автомобиля тахометр позволяет контролировать стабильность его оборотов на холостом ходу и при движении автомобиля. По стабильности оборотов на холостом ходу можно судить о состоянии системы подачи топлива, системы зажигания и самого двигателя.

При установке оборотов холостого хода и регулировки угла опережения зажигания двигателя с помощью стробоскопа без тахометра не обойтись. Необходимо одновременно производить регулировку и наблюдать за оборотами двигателя. После каждого подкручивания винта регулировки смотреть показания тахометра, установленного в салоне автомобиля неудобно. Может выручить установленное в салоне зеркало, но это тоже не лучшее решение. Гораздо удобнее иметь тахометр, вмонтированный в стробоскоп.

При изготовлении стробоскопа своими руками я вмонтировал, тахометр в его корпус. При проверке и настройке УОЗ двигателя такое техническое решение показало удобство в работе.

Опубликованные в Интернете аналоговые схемы тахометров отличаются большей погрешностью показаний, выполненные на цифровых микросхемах не каждому автолюбителю под силу повторить.

Предлагаемое Вашему вниманию схемное решение тахометра отличается простотой и высокой точностью показаний в независимости от изменения температуры окружающей среды и питающего напряжения. Имеет растянутую шкалу, что позволяет при применении малогабаритного стрелочного индикатора измерять частоту оборотов двигателя с высокой точностью.

Электрическая принципиальная схема

Представленная схема тахометра отличается простотой и доступностью деталей для повторения благодаря применению интегрального таймера — микросхемы КР1006ВИ1 (аналог NE555).

Схема состоит следующих функциональных узлов. Формирователя импульсов, выполненного на VT1-VT2, широтно-импульсного модулятора на микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 и резисторного моста на резисторах R8-R13. Для снятия показаний применен электродинамический стрелочный микроамперметр. К недостаткам схемы тахометра можно отнести необходимость балансировки моста для каждого типа миллиамперметра при повторении схемы. Но это не сложная операция.

Питающее напряжение на схему тахометра подается непосредственно с клемм автомобильного аккумулятора.

Принцип работы

При поступлении импульсов от прерывателя или катушки индуктивности, используемой в стробоскопе, конденсатор С1 через диод VD1 и резистор R1-R2 перезаряжается, создавая на базе транзистора VT1 импульсы, открывая его. В результате на коллекторе транзистора, включенного в ключевом режиме, образуются короткие положительные импульсы, длительность которых определяется емкостью конденсатора С1. VT2 служит для инвертирования импульсов, перед подачей на вход DA1. Форма импульсов приведена на электрической схеме тахометра с правой стороны, верхняя осциллограмма. На фото ниже структурная схема КР1006ВИ1.

Интегральный таймер КР1006ВИ1 включен по типовой схеме формирователя импульсов. По положительному фронту импульсов, поступающих на вход 2, микросхема формирует на выходе 3 положительные импульсы с шириной, линейно изменяющейся в зависимости от частоты поступающих на вход. Частота выше, импульсы шире. Исходная ширина импульсов зависит от постоянной времени R6, R7 и C3.

Выходящие с вывода 3 микросхемы DA1 импульсы поступают на левое плечо моста тахометра, которое образуют резисторы R8-R9 и R11. На правое плече моста тахометра, которое образуют резисторы R10 и R12, R13 поступает постоянное опорное напряжение +9В с интегрального стабилизатора напряжения К142ЕН8А. Конденсатор С4 исключает дергание стрелки тахометра при измерении низких оборотов двигателя. Стабилизатор также обеспечивает питание всех активных элементов тахометра. В диагональ моста включен микроамперметр.

Благодаря такому схемному решению удалось исключить нелинейные элементы, получить линейное показание миллиамперметра при изменении частоты и обеспечить высокую точность измерений частоты вращения двигателя за счет растянутой шкалы. Так как в тахометре, по соображениям габаритных размеров, применен малогабаритный миллиамперметр от индикатора уровня записи магнитофона, у которого длина шкалы мала, то только благодаря растянутой шкале удалось получить высокую точность показаний.

Микросхемы стабилизаторов серии К142ЕН обеспечивают стабильное выходное напряжение в широком диапазоне температуры, чем и обусловлено применение микросхемы К142ЕН8А в тахометре. Конденсаторы С2, С5 и С6 установлены для сглаживания пульсаций питающего напряжения.

Конструкция и детали

Так как схема простая, то печатную плату я не разрабатывал. Монтаж всех деталей, кроме миллиамперметра, выполнил на универсальной макетной плате размером 30 мм×50 мм. На фотографии видно как размещены элементы схемы.

Для подвода питающего напряжения и входного сигнала применен трехконтактный разъем. Шкала миллиамперметра напечатана на принтере и приклеена сверху на его штатную шкалу.

Плата с деталями закреплена в крышке корпуса стробоскопа на винтах. Миллиамперметр установлен в вырезанном в крышке корпуса прямоугольном окне и закреплен с помощью силикона.

Такая конструкция размещения тахометра обеспечивает удобство доступа к плате стробоскопа, достаточно снять крышку, отсоединить разъем.

Настройка тахометра

Если не допущены ошибки при монтаже деталей и исправны элементы схемы, то тахометр сразу начнет работать. Необходимо будет только подогнать номиналы резисторов моста. Для этого нужно с импульсного генератора подать на вход тахометра прямоугольные импульсы частотой, взятой из нижеприведенной таблицы и откалибровать шкалу.

Таблица перевода оборотов вращения двигателя в частоту
Обороты двигателя, оборотов в минуту	700	800	900	1000	1100	1200	1500	2000	2500	3000	3500	4000	4500	5000	6000
Частота генератора, Гц	12	13	15	17	18	20	25	33	42	50	58	67	75	83	100
Частота генератора, 2×Гц	24	26	30	34	36	40	50	66	84	100	116	134	150	166	200

Так как в автомобилях обычно за один оборот вала двигателя датчик выдает два импульса, то при калибровке тахометра нужно устанавливать частоту на генераторе в два раза больше. Например, при калибровке точки шкалы 800 нужно будет подать на вход тахометра импульсы частотой не 13 Гц, а 26 Гц. Ряд частот для такого случая приведен в нижней строке таблицы.

Для того, чтобы не испытывать трудностей при калибровке шкал тахометра нужно знать принцип работы мостовой схемы. Перед Вами принципиальная схема моста постоянного тока. При равенстве соотношений величин резисторов R1/R2 и R3/R4 напряжения в точках диагонали моста A и B равны, и ток через mA не протекает, стрелка стоит на нуле.

Если, например, уменьшить величину резистора R1, то напряжение в точке А увеличится, а в точке В останется прежним. Через миллиамперметр, находящийся в диагонали моста потечет ток и стрелка отклонится. То есть при постоянном напряжении в точке В и изменении напряжения в точке А стрелка прибора будет двигаться относительно шкалы.

В схеме тахометра функцию резистора R1 выполняет резистор R9, и так далее. При увеличении оборотов двигателя, частота и ширина импульсов с выхода микросхемы увеличивается и таким образом увеличивается напряжение в левой точке подключения миллиамперметра, протекающий ток увеличивается и стрелка отклоняется. Резисторы в плечах моста подобраны в таком соотношении, чтобы мост был изначально разбалансирован, и равенство напряжений в точках подключения миллиамперметра наступало при 700 оборотов двигателя.

Номиналы резисторов на схеме указаны при сопротивлении рамки миллиамперметра 1,2 кОм. Если использовать прибор, имеющий другое сопротивление рамки, то придется подбирать номинал резисторов R8, R9 и R12, R13, временно заменив их переменными. После калибровки прибора, измеряется сопротивление переменных резисторов, и они заменяется постоянными.

Переключатель S1 можно не устанавливать и настроить прибор для измерения в требуемом диапазоне по одной шкале. В таком случае точность измерений снизится в два раза. При растянутой шкале прибора такой точности тоже будет достаточно.

Тахометр, выполненный по предложенной схеме, является законченным прибором и его можно применять для измерения частоты вращения любых валов, например, двигателя моторной лодки, электродвигателей. В качестве датчиков могут использоваться датчики холла, фото и электромагнитные датчики. Достаточно доработать схему входного формирователя импульсов.

Мастер-класс по изготовлению цифрового и аналогового самодельного тахометра

Тахометр представляет собой устройство, предназначенное для измерения числа оборотов двигателя во время движения и демонстрации этой информации водителю. Полученные данные автомобилисту показываются на приборной панели или, если устройство было установлено дополнительно, на соответствующем экране в салоне. Этот материал позволит вам узнать, как соорудить тахометр в домашних условиях своими руками.

Самодельное устройство на микроконтроллере

Чтобы сделать самодельный тахометр на микроконтроллере в свой автомобиль для замера оборотов двигателя, вам потребуются такие запчасти:

• сама микроплата, в данном случае будет использоваться схема Arduino;
• резисторы;
• чтобы сделать светодиодный тахометр, потребуется LED-элемент;
• инфракрасный а также фото диоды;
• дисплей, в нашем случае это LCD;
• регистр сдвига 74HC595.

Схема для изготовления на микроконтроллере Arduino

В данном случае будет использовать оптически регулятор вместо щелевого. Благодаря этому вам не придется переживать по поводу толщины ротора, число лопастей не будет менять показания. Кроме того, оптический контроллер позволяет считывать обороты барабана, в отличие от щелевого.

Чтобы приступить к выполнению задачи, подготовьте все элементы и можете начинать:

1. В первую очередь нужно обработать наждачной бумагой (мелкозернистой) светодиод и фотодиод — вам необходимо, чтобы в итоге они были плоскими.
2. После этого полоску бумаги необходимо положить — вам необходимо сделать два подобный элемента таким образом, чтобы диоды могли быть плотно установлены в них. Обе детали в итоге необходимо соединить при помощи клея, после чего произвести их покраску в черный цвет.
3. После этого устанавливаются сами диоды, которые впоследствии склеиваются при помощи клея, затем к ним припаиваются провода.
4. Следует отметить, что номинальные значения резисторов могут отличаться, здесь все зависит от того, как будет использоваться фотодиод. Потенциометр позволяет снизить или повысить чувствительность контроллера в целом. Провода от контроллера необходимо припаять так, как на фото.
5. Из схемы для изготовления автомобильного тахометра на светодиодах можно понять, что в ней применяется восьмиразрядный регистр сдвига. Также схема тахометра включает в себя LCD-экран. В корпусе следует соорудить небольшое отверстие для фиксации диодной лампочки.
6. Далее, необходимо напаять резистор на 270 Ом к диодному элементу, после чего установить его в контакт 12. Сам контроллер вводится в кубическую трубку — это позволит обеспечить устройство дополнительной прочностью.

Простое устройство на базе микрокалькулятора

Есть еще один вариант, как сделать электронный цифровой тахометр для бензинового или электродвигателя, в данном случае в качестве основы будет применяться микрокалькулятор. Особенно такой вариант будет актуален для тех, у кого проблемы с элементной базой. Нужно отметить, что в конечном итоге устройство не сможет выдавать на 100% точные показатели, также такой девайс не будет показывать количество оборотов в минуту на экране. Однако сам по себе микрокалькулятор является отличным устройство для счета сигналов.

В качестве сигнального регулятора могут применяться индуктивные контроллеры и другие. Когда диск вращается, за один оборот на дисплее должен демонстрироваться один сигнал. При этом контакты контроллера должны быть разомкнуты, а в тот момент, когда узел проходит зуб диска, эти контакты должны замыкаться. В целом такой тахометр своими руками оптимально использовать в тех случаях, когда замеры будут проводиться не часто. В том случае, если вы хотите установить в машине регулярный мониторинг скорости, то разумеется, лучше применять более надежные девайсы (автор видео — Александр Новоселов).

В нашем же случае контакты нужно попросту параллельно припаять к клавише сложения калькулятора.

Когда нужно произвести измерение скорости вращения оборотов, замер делается по следующей схеме:

1. Сначала сам калькулятор нужно включить.
2. После этого одновременно нажимаются кнопки «+» и «1».
3. После этого девайс запускается и на нем производится сам замер. Для этого сначала одновременно с калькулятором необходимо включить и секундомер.
4. Посчитайте, пока не пройдет тридцать секунд, а затем обратите внимание на дисплей — на нем должно быть выведено соответствующее значение.
5. Полученное значение — это количество оборотов, которое коленвал произвел за полминуты. Если этот показатель вы удвоите, то получите число оборотов в минуту.

Аналоговые и цифровые тахометры

Аналоговый тахометр на дизель или бензиновый мотор предназначены для преобразования электронного импульса и выдачи его на девайс индикации. Что касается цифровых устройств, то он преобразовывают аналоговый импульс в определенную последовательность единиц и нулей, которые, в свою очередь, распознаются контроллерами (автор видео — Александр Jung).

Аналоговые варианты состоят из таких компонентов:

• микроплаты, предназначенной для преобразования аналогового импульса;
• проводов, которые соединяют все компоненты конструкции;
• шкалы, где будут демонстрироваться показатели и стрелки, которая демонстрирует нужное значение;
• для нормальной работоспособности стрелки необходима специальная катушка с установленной на ней осью;
• какой-либо считывающий элемент, к примеру, это может быть индуктивный контроллер.

Что касается цифровых устройств, то их предназначение такое же, однако в основе конструкции цифрового гаджета лежат другие компоненты:

• восьмиразрядный преобразователь;
• непосредственно сам процессор, который преобразует импульс в последовательность единиц и нулей;
• экран, на котором будут демонстрироваться показания;
• регулятор оборотов — прерывательное устройство применяется с усилителями, но для этой цели могут использоваться и специальные шунты, в этом случае все зависит конкретно от конструкции;
• дополнительная микроплата, которая будет обнулять показания;
• к процессору можно будет подсоединить регулятор температуры антифриза, воздуха в салоне, давления моторной жидкости и т.д.;
• для нормальной работы девайса понадобится специальная программа.

Видео «Как соорудить тахометр из компьютерной мыши?»

Как сделать устройство на основе платы от старой компьютерной мыши — смотрите на видео (автор — канал VirF Live Productions).

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

30.10.2011

Приборы для измерения частоты вращения

В зависимости от места установки тахометра и способа применения тахометры подразделяют на стационарные, дистанционные и ручные. По принципу действия, различают механические (центробежные), магнитные, магнитно-индукционные, электрические и электронные тахометры.

Принцип действия механических тахометров основан на использовании центробежных сил, пропорциональных квадрату угловой скорости, действующих на центробежные расходящиеся грузы (наклонное кольцо), находящиеся на валу и вращающиеся вместе с ним вокруг оси, (рис. 1, а). Чувствительным элементом является кольцо 1 на оси 2, проходящей через приводной валик 3. Кольцо нагружено спиральной пружиной 4 и связано тягой 5 с подвижной муфтой 6. При вращении валика кольцо стремится занять положение, перпендикулярное к оси вращения. Муфта через промежуточное кольцо 9 и зубчатую рейку 7 входит в зацепление с шестерней 10, на оси которой закреплена стрелка 8, движущаяся вдоль шкалы прибора (градуирована в об/мин.). Тахометр закреплен неподвижно, а вал 3 приводится во вращение через передачу от вала двигателя.

При установившемся режиме центробежная сила, действующая на вращающееся кольцо 1, уравновешивается силой действия спиральной пружины, и стрелка тахометра неподвижна. При изменении частоты вращения вала равновесие сил нарушается, вызывая разворот кольца относительно оси 2 на угол α и соответствующий разворот стрелки 8 прибора. Механические центробежные измерительные приборы обладают нелинейной статической характеристикой, поэтому их шкала неравномерная.

Периодический контроль частоты вращения и проверку стационарных тахометров производят механическим центробежным ручным тахометром (рис. 1, б), прижимая наконечник 1 к торцу вращающегося вала. В корпус 2 встроен редуктор с переключающим устройством, позволяющий менять передаточное отношение от наконечника 1 к чувствительному элементу для измерения в пяти диапазонах частоты вращения от 25 до 10000 об/мин. Переключают редуктор и устанавливают указатель 3 путем перемещения вдоль оси наконечника приводного вала при нажатой кнопке 4. В зависимости от установленного диапазона частоты вращения показания прибора определяют по одной из двух шкал.

К преимуществам механических тахометров относится высокая точность показаний, а к недостаткам — невозможность дистанционного отсчета.

Магнитоиндукционный тахометр имеет равномерную шкалу. В тахометре (рис. 2.) вращение от приводного вала 1 через конические шестерни и вал 2 передается ротору с постоянными магнитами 3, между которыми на оси 10 находится алюминиевый диск 4.

Под действием вращающегося поля магнитов в диске индуцируется электрический ток, создающий свое магнитное поле. Сила взаимодействия магнитных полей уравновешивается силой действия волосковой пружины 5, один конец которой закреплен на оси 10, а другой — в корпусе прибора.

Пропорционально частоте вращения приводного вала 1 изменяются действующие силы, разворот диска 4, оси 10 и жестко связанной с ней стрелки 7 вдоль шкалы 8.

В прибор вмонтирован магнитоиндукционный успокоитель, состоящий из алюминиевого диска 9, закрепленного на валу 10, и неподвижной системы с постоянными магнитами 6. При движении в диске 9 индуцируется ток и создается магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов. А так как сила взаимодействия этих полей направлена в сторону, противоположную движению диска, то происходит торможение колебаний стрелки прибора.

Дистанционные магнитоиндукционные тахометры

Дистанционное измерение частоты вращения основано на принципе электрической дистанционной передачи вращения вала двигателя валу магнитно-индукционного измерительного узла измерителя и преобразования частоты вращения вала в угловые перемещения стрелки измерителя.

Тахометр работает следующим образом (рис. 3): в обмотке статора 11 датчика при вращении ротора 15 возбуждается трехфазовый ток с частотой, пропорциональной частоте вращения вала двигателя. Ток по трем проводам приводится к обмотке статора 12 синхронного серводвигателя.

Частота вращения магнитного поля статора измерителя пропорциональна частоте токов в обмотках фазы. Ротор двигателя измерителя вращается с частотой, синхронной вращению магнитного поля статора. На конце вала ротора двигателя укреплен магнитный узел 2 с шестью парами постоянных магнитов, между полюсами которых расположен чувствительный элемент 8. При вращении магнитного узла в чувствительном элементе индуцируются вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнитного узла создается вращающий момент чувствительного элемента. Вращающему моменту чувствительного элемента противодействует спиральная пружина 7, — один конец которой укреплен на оси чувствительного элемента, другой — неподвижен. Так как момент спиральной пружины пропорционален углу ее закручивания, то угол поворота чувствительного элемента пропорционален частоте вращения магнитного узла, и соответствует частоте вращения вала двигателя. На другом конце оси чувствительного элемента укреплена стрелка 5, показывающая по равномерной шкале 4 измерителя частоту вращения вала двигателя.

Для повышения устойчивости стрелки и улучшения отсчета показаний прибора применено демпфирование подвижной системы измерителя. При движении подвижной системы магнитный поток магнита 6 наводит в алюминиевом диске 3 вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитным полем магнитов, и в подвижной системе возникает тормозящий момент. Ротор состоит из двух постоянных магнитов 13 и трех гистерезисных дисков 14, соединенных вместе. Взаимодействие ротора с магнитным полем статора — определяется взаимодействием магнитных полей постоянных магнитов статора и гистерезисных дисков.

Электрические тахометры служат для дистанционного контроля направления и частоты вращения валов в диапазоне до 1500 об/мин. Датчиками в них служат тахогенераторы — миниатюрные генераторы переменного или постоянного тока, вырабатывающие напряжение, пропорциональное частоте вращения вала. Указателями являются магнитоэлектрические вольтметры со шкалой, градуированной в единицах частоты вращения.

В тахометре (рис. 4, а) тахогенератор 3 постоянного тока, приводимый во вращение от вала через цепной привод 2, является датчиком частоты вращения вала 1. К нему может быть подключено до восьми указателей — вольтметров 4 постоянного тока, размещенных по судну. Передаточное отношение от вала 1 к датчику определяется соотношением числа зубьев звездочек цепного привода и должно быть таким, чтобы номинальные частоты вращения вала и якоря датчика совпадали. Если при номинальной частоте вращения вала напряжение, вырабатываемое датчиком, не равно (30±0,1) В, то необходимо корректировать положение магнитного шунта. При правом и левом вращении якоря с номинальной частотой разность напряжений не должна превышать 0,1 В. В противном случае, необходимо корректировать нейтральное положение траверсы щеткодержателей.

В электрическом генераторе переменного тока 5 (рис. 4, б), ротором является постоянный магнит 7, установленный неподвижно на валу, а статором — стальные неподвижные полосы 6. Тахогенераторы постоянного тока вместо обмоток возбуждения имеют постоянные магниты. В результате большого количества ламелей коллектора и особых форм вырезов канавок вырабатывается постоянное напряжение с небольшими пульсациями, которое пропорционально частоте вращения. Преимущество датчиков постоянного тока — получение поляризованного напряжения, т. е. одновременно определяется и направление вращения; недостаток — сбои в работе коллектора. Передача от вала должна быть без скольжения (шестеренчатая, цепная). В тахогенераторах переменного тока это возможно только при наличии двух обмоток со сдвигом фаз 90°. Переменное напряжение должно быть выпрямлено в мостиковой схеме. Разность напряжений обоих гальванически разделенных контуров измеряется прибором с двумя поворотными катушками. Напряжение на выводах тахогенератора зависит от количества подключенных показывающих приборов. Поэтому в корпусе тахогенератора устанавливается нагрузочный резистор, который можно включать или выключать. Имеется также резистор для поднастройки показаний.

Для суммирования числа оборотов вала двигателя или механизма применяют специальные счетчики оборотов. Упрощенная принципиальная схема дистанционного электромеханического счетчика представлена на рис. 5.

На валу 9 жестко закреплены храповое колесо 5 и цифровой барабан 7, а цифровые барабаны 6 свободно насажены на вал. Барабаны кинематически соединены между собой так, что при полном обороте каждого из них соседний слева разворачивается на 1/10 оборота. На каждый барабан нанесены цифры от 0 до 9. Таким образом обеспечивается десятичная система отсчета. Число читается в рамке прибора 8. Колесо 5 входит в зацепление с храповиком 3, который в одну сторону перемещается под действием пружины 4, а в другую — якорем 2 электромагнитной катушки 1. Катушка получает питание Uп от сети через герметичные контакты выключателя 13. В выключателе на пластинчатой пружине с контактом закреплен постоянный магнит 12. Выключатель крепится к корпусу двигателя таким образом, чтобы между якорем 12 и стальным штифтом 10 вала 11 был установлен зазор, обеспечивающий притягивание якоря и замыкание цепи питания катушки 1.

Широко распространены магнитоуправляемые контакты (герконы). Прибор представляет собой две тонкие пермалоевые пластины с небольшим зазором между концами, впаянные в стеклянную колбу, из которой выкачан воздух (в некоторых приборах колбу заполняют инертным газом). При появлении вблизи геркона магнитного поля постоянного или электрического магнита происходит взаимное притягивание (прогиб) пластин и замыкание контактов. Постоянный магнит крепится на вращающемся валу 11 вместо штифта 10.

При каждом обороте вала независимо от направления его вращения катушка 1, получив питание, втягивает якорь 2 и смещает храповик 3 на один зуб колеса 5. При обесточивании катушки храповик под действием пружины 4 смещается в первоначальное положение, разворачивает колесо 5, вал 9 и барабан 7 на 1/10 оборота, что приводит к изменению показаний счетчика на одну единицу. Через один оборот барабана 7 соседний барабан 6 разворачивается на 1/10 оборота, отсчитав 10 оборотов вала 11, и т. д.

Онлайн помощник домашнего мастера

Как определить обороты электродвигателя? Инструкция, формулы и таблицы расчета. Определяем мощность и частоту оборотов в домашних условиях

При покупке электродвигателя с рук рассчитывать на наличие технической документации к нему не приходится. Тогда встает вопрос о том, как узнать количество оборотов приобретаемого устройства. Можно довериться словам продавца, однако добросовестность не всегда является их отличительной чертой.

Тогда возникает проблема с определением числа оборотов. Решить ее можно, зная некоторые тонкости устройства мотора. Об этом и пойдет речь дальше.

Краткое содержимое статьи:

Определяем обороты

Существует несколько способов измерения оборотов электродвигателя. Самый надежный заключается в использовании тахометра – устройства, предназначенного именно для этих целей. Однако такой прибор есть не у каждого человека, тем более, если он не занимается электрическими моторами профессионально. Поэтому существует несколько иных вариантов, позволяющих справиться с задачей «на глаз».

Первый подразумевает снятие одной из крышек двигателя с целью обнаружения катушки обмотки. Последних может быть несколько. Выбирается та, которая более доступна и расположена в зоне видимости. Главное, во время работы не допустить нарушения целостности устройства.

Когда катушка открылась взору, необходимо ее внимательно осмотреть и постараться сравнить размер с кольцом статора. Последний является неподвижным элементом электродвигателя, а ротор, находясь внутри него, осуществляет вращение.

Когда кольцо наполовину закрыто катушкой, число оборотов за минуту достигает 3000. Если закрывается третья часть кольца – число оборотов составляет примерно 1500. При четверти – число оборотов равно 1000.

Второй способ связан с обмотками внутри статора. Считается количество пазов, которые занимает одна секция какой-либо катушки. Пазы расположены на сердечнике, их число свидетельствует о количестве пар полюсов. 3000 оборотов в минуту будет при наличии двух пар полюсов, при четырех – 1500 оборотов, при шести – 1000.

Ответом на вопрос о том, от чего зависит количество оборотов электродвигателя, будет утверждение: от числа пар полюсов, причем это обратно пропорциональная зависимость.

На корпусе любого заводского двигателя имеется металлическая бирка, на которой указаны все характеристики. На практике такая бирка может отсутствовать или стереться, что немного усложняет задачу определения числа оборотов.

Корректируем обороты

Работа с разнообразным электрическим инструментом и оборудованием в быту или на производстве непременно ставит вопрос о том, как регулировать обороты электродвигателя. Например, становится необходимым изменить скорость передвижения деталей в станке или по конвейеру, скорректировать производительность насосов, уменьшить или увеличить расход воздуха в вентиляционных системах.

Осуществлять указанные процедуры за счет понижения напряжения практически бессмысленно, обороты будут резко падать, существенно снизится мощность устройства. Поэтому используются специальные устройства, позволяющие корректировать обороты двигателя. Рассмотрим их более подробно.

Частотные преобразователи выступают в качестве надежных устройств, способных кардинальным образом менять частоту тока и форму сигнала. Их основу составляют полупроводниковые триоды (транзисторы) высокой мощности и модулятор импульсов.

Микроконтроллер управляет всем процессом работы преобразователя. Благодаря такому подходу появляется возможность добиться плавного повышения оборотов двигателя, что крайне важно в механизмах с большой нагрузкой. Медленный разгон снижает нагрузки, положительно сказываясь на сроке службы производственного и бытового оборудования.

Все преобразователи оснащаются защитой, имеющей несколько степеней. Часть моделей работает за счет однофазного напряжения в 220 В. Возникает вопрос, можно ли сделать так, чтобы трехфазный мотор вращался благодаря одной фазе? Ответ окажется положительным при соблюдении одного условия.

При подаче однофазного напряжения на обмотку требуется осуществить «толчок» ротора, поскольку сам он не сдвинется с места. Для этого нужен пусковой конденсатор. После начала вращения двигателя оставшиеся обмотки будут давать недостающее напряжение.

Существенным минусом такой схемы считается сильный перекос фаз. Однако он легко компенсируется включением в схему автотрансформатора. В целом, это довольно сложная схема. Преимущество же частотного преобразователя заключается в возможности подключения моторов асинхронного типа без применения сложных схем.

• 

Что дает преобразователь?

Необходимость использования регулятора оборотов электродвигателя в случае асинхронных моделей состоит в следующем:

Достигается значительная экономия электрической энергии. Поскольку не всякое оборудование требует высоких скоростей вращения моторного вала, ее имеет смысл снизить на четверть.

Обеспечивается надежная защита всех механизмов. Преобразователь частоты позволяет контролировать не только температуру, но и давление и прочие параметры системы. Этот факт особенно важен, если при помощи двигателя приводится в действие насос.

Датчик давления устанавливается в емкости, посылает сигнал при достижении должного уровня, благодаря чему мотор останавливается.

Совершается плавный пуск. Благодаря регулятору снимается необходимость использования дополнительных электронных устройств. Частотный преобразователь легко настроить и получить желаемый эффект.

Снижаются расходы на техническое обслуживание, поскольку регулятор сводит к минимуму риски поломки привода и других механизмов.

• 

Таким образом электродвигатели с регулятором оборотов оказываются надежными устройствами с широкой сферой применения.

Важно помнить, что эксплуатация любого оборудования на основе электрического мотора только тогда окажется правильной и безопасной, когда параметр частоты вращения будет адекватен условиям использования.

Самодельный тахометр для автомобиля

Некоторые автолюбители так привыкают к тахометру, что при замене авто, в котором нет тахометра, чувствуют себя очень неуютно. Тахометр помогает правильно отрегулировать двигатель, уменьшить расход бензина, увеличить общий ресурс двигателя и приучится правильно водить автомобиль. Существуют готовые покупные тахометры, но цена обычно довольно высока. Есть сложные и простые схемы автомобильных тахометров, по которым тахометр можно сделать самому. Предлагаю простые схемы тахометров.

Первый вариант простого тахометра.

Для измерения числа оборотов используются импульсы прерывателя или напряжение от свечи, так как их частота линейно связана с частотой вращения вала двигателя автомобиля. Можно также обеспечить индуктивную связь с этой цепью, что и сделано в приборе, схема которого представлена на рисунке.

Основой схемы этого тахометра является одновибратор (DA1), запуск которого производят импульсы от работающей системы зажигания автомобиля, наведенные в катушке L1. Входная клемма Х1 может использоваться для настройки тахометра или же для подачи сигнала с прерывателя, как это показано пунктиром. Для четырехцилиндрового 4-тактного двигателя, имеющего 3000 об/мин, частота прерывания составит 100 Гц, а для 1500 об/мин — 50 Гц, что позволяет просто калибровать прибор по частоте сети.

Импульсы с выхода 3 микросхемы DA1 поступают на стрелочный индикатор — миллиамперметр РА1, который их интегрирует и показывает действующее напряжение в цепи. Атак как длительность у всех импульсов на выходе одновибратора одинаковая, напряжение, которое покажет прибор, будет пропорционально частоте образования искр. Шкалу РА1 можно проградуировать в частоте вращения вала (обороты в минуту). В качестве датчика (катушки L1) можно использовать магнитную головку от магнитофона, расположенную вблизи от высоковольтной катушки, или же потребуется сделать намотку на проводе, идущем от катушки зажигания к распределителю (укрепляется изоляционной лентой). Для защиты входа микросхемы от высоковольтных выбросов напряжения в качестве VD2 лучше использовать TVS-диод на напряжение ограничения 12 В. В качестве индикатора также можно использовать магнитофонный индикатор уровня сигнала или любой аналогичный прибор.

Следующая схема простого автомобильного тахометра.
Для изготовления тахометра понадобится опять таки крупный индикатор уровня записи от магнитофона (м476З). Заметьте, данная схема очень простая, это вроде выпрямителя-интегратора импульсов, которые поступают от прерывателя системы зажигания автомобиля. Обратите внимание, что высшая отметка шкалы составляет 6000 оборотов в минуту.

Импульсное напряжение, поступающее на конденсатор С1 через развязывающий резистор R1, устраняет выбросы напряжения на спаде и фронте. После чего идёт параметрический стабилизатор на R2 VD1, он ограничивает амплитуду данных импульсов. В дифференцирующую цепь входит конденсатор C2. Данная цепь является преобразователем переменного напряжения, имеющего прямоугольную форму в короткие импульсы. В итоге параметры данных импульсов не влияют на амплитуду и длительность входных импульсов, поэтому при изменении частоты вращения меняется только их частота. Конденсатор C2 заряжается с помощью выпрямительного моста, а разряжается с помощью резисторов R1 и R2. Некоторая часть разрядного и зарядного токов конденсатора C2 протекает сквозь измерительный прибор, в результате чего происходит отклонение стрелки. Благодаря инерционности механизма работа выполняется непрерывно.
Этот тахометр можно разместить в любом удобном месте приборной панели автомобиля. Советуем вам воспользоваться индикатором с подсветкой, либо же установите в его корпус небольшую лампочку, что очень положительно скажется на восприятие показаний в темное время суток.
Чтобы наладить прибор понадобится другой автомобильный тахометр. С его помощью Вы сможете отградуировать изготовленный самодельный автомобильный тахометр. Если у Вас нет в наличии другого тахометра, можете воспользоваться генератором прямоугольных импульсов с изменяемой частотой была в пределах 25 — 200 Гц, и амплитудой 15 — 20 В.

Еще одна простая схема автомобильного тахометра. Прибор предназначен для измерения частоты вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей с системой электрооборудования, у которой минус аккумуляторной батареи соединен с корпусом.

Основой схемы является формирователь одиночных импульсов, собранный на микросхеме CD4007 (отечественный аналог — К176ЛП1). Формирователь запускается положительными импульсами, возникающими в момент размыкания контактов прерывателя. Индикатор РА1, подключенный к выходу формирователя через ограничивающий резистор R5, измеряет напряжение на измерительном конденсаторе С1, которое пропорционально частоте входных импульсов с точностью не хуже 1. 2% — Частота следования импульсов в 30 раз меньше частоты вращения коленчатого вала четырехтактного двигателя.

И в завершении, еще одна простая схема тахометра для мотоцикла или мопеда. Тахометр предназначен для работы с одноцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания с контактной или бесконтактной системой зажигания и позволяет измерять частоту вращения коленчатого вала до 10000 об/мин.
Схема тахометра

Принцип действия прибора. В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт. В это время левая (по схеме) обкладка конденсатора С 5 соединена через небольшое сопротивление открытого транзистора VT2 с шиной +5 В. Ток в это время через микроамперметр РА1 не идет. При первом отрицательном полупериоде переменного напряжения, поданного на вход тахометра, транзистор VT1 открывается, а VT2 закрывается. В это время С5 быстро заряжается через микроамперметр РА1, VD3 и R5.
При положительном полупериоде входного напряжения VT1 закрывается, а VT2 открывается. Теперь С5 разряжается через малое сопротивление открытого VT2 и VD4. При следующем отрицательном полупериоде процесс повторяется аналогично.
Подстроечным резистором R6 устанавливается верхняя граница частоты измеряемого сигнала. Номинал конденсатора С5 подбирается в зависимости от типа двигателя. Чем выше частота оборотов двигателя, тем меньше должна быть емкость конденсатора С5. Правильно собранная схема тахометра наладки не требует. Надо только подстроечным резистором R6 установить максимальные показания тахометра, открыв дроссельную заслонку двигателя до конца.

Схема подключения тахометра к электрооборудованию мотоцикла или мопеда.

Если используется контактное зажигание, вход самодельного тахометра подключается к точке А. Для бесконтактного зажигания — подключаем к точке Б.