Měření otáček tachoalternátorem

Tachoalternátor je poměrně vzácně se vyskytující zařízení. Pokud požadujeme stejnosměrný napěťový výstup (pro zobrazení ručičkovým měřidlem či pro regulaci), musí jeho střídavý výstup být usměrněn - chování usměrňovače je ovšem při zatížení závislé na otáčkách a výstup tedy nemusí být lineární. Zdánlivě se jedná o ideální zařízení pro měření otáček počítáním pulsů, ale v době rozšíření alternátorů se již používaly indukční snámače otáček, připojené například k ozubenému kolu (tato zařízení jsou bezkontaktní a tudíž mnohem spolehlivější než alternátory, které jsou odkázány na uhlíky). Anglický překlad názvu tohoto zařízení je "AC tachogenerator", ale z uvedených důvodů o nich naleznete minmum literatury.

Přípravek s tachoalternátorem 1 obsahuje samotný komutátorový stejnosměrný motor (je přímo pod číslem 1) s připojeným tachoalternátorem b. Pozice a označuje motor (v označeném místě jsou krásně vidět uhlíky), pozice c pak místo, kde je na začerněném hřídeli motoru vybroušeno místo, kde můžeme opticky snímat otáčky.

Po zapnutí přípojky 24V= na panelu rozvodů na stěně (vypínač označený e, svorky s 24V= d) se motor nutně nemusí roztočit, protože má značné pasivní odpory. V tom případě je třeba na odporu 6 (plní funkci regulace otáček) ihned nastavit vyšší otáčky (jezdec f), aby nedošlo k poškození vinutí. Tímto jezdcem se také nastavují požadované otáčky. Odpor je v sérii s motorem. Frekvence výsledného signálu z tachoalternátoru b se měří čítačem 2. Povšimněte si, že čítač zobrazuje i desetitisíciny Hz. Jedním z úkolů je spočítat, kolik má tachoalternátor pólů, tedy kolikrát je změřená frekvence větší než otáčky. Připomínám, že otáčky se udávají v jednotkách za minutu, tedy například 3000 ot/min odpovídá 50 Hz. Skutečnou hodnotu otáček nejsnáze zjistíte bezkontaktním otáčkoměrem 5 (zhruba v místě, kde je na obrázku označení 5, je tlačítko, které je třeba po celou dobu měření držet - optická strana měřidla je označena g, kontaktní snímač otáček/rychlosti je označen h).

Při snímání bezkontaktním snímačem jednoduše na vhodnou tmavou plochu uděláme bílou skvrnu, mnohdy stačí křídou. Na tu za běhu stroje namíříme snímač otáček a podržíme. Ve skutečnosti se snímá ve středu světelné plochy - skvrna odshora je promítnutý obraz snímače, který je uvnitř optického zařízení měřidla (snímá se pod spodním okrajem této "značky").

Podmínkou úspěšného měření je, že světlo se nám bude odrážet zpět na snímač. To u bílé plochy není problém (například bílý papírek, nalepený u úlohy IRC pro použití stroboskopu, snímá otáčkoměr velmi dobře). V našem případě se ale jedná o leštěnou kovovou plochu a pokud nedržíme měřidlo přesně kolmo, máme problém získat jakékoli výsledky. Navíc je třeba dát pozor na to, že začernění hřídele musí být úplné, případná oloupaná barva může způsobit zobrazení vyšších otáček.

Výsledný tvar výstupního signálu tachoalternátoru můžete sledovat na osciloskopu (na hlavím obrázku pozice 4). Popis ovládání osciloskopu je u úlohy IRC.

Výslednou křivku si můžeme namalovat. Nejprve si ji načrtneme na papír a provedeme zběžný rozbor:

Zelenou křivku obkreslenou z obrazovky osciloskopu porovnáme se sinusovkou. Pokud označíme body, kde se křivky protínají, a spočítáme v úseku od 0 do 2pi, kolikrát je zelená křivka např. větší, zjistíme, že pětkrát - po odečtení sinusovky bychom získali harmonický signál s pěti úseku nad osou, tedy 5x kratší periodou. Je tedy zřejmý převažující vliv páté harmonické. Podrobný rozbor vlivu ostatních harmonických by si vyžadoval použití Fourierovy transformace.

Z druhé strany je zřejmé, že nejsou splněny podmínky pro použití multimetru pro měření efektivního napětí, protože signál není sinusový. Navíc podmínka měření frekvencí v rozsahu 400 Hz je pro pátou harmonickou splněna jen do 400/5=80 Hz, což není pro daný počet pólů splněno.