Приборы, предназначенные для измерения скорости вращения двигателя

Приборы, предназначенные для измерения скорости вращения двигателя, турбины и т. д., называются тахометрами.

Весьма распространенным в авиации типом тахометра является электромагнитный тахометр, состоящий из датчика, установленного в непосредственной близости к авиадвигателю (или турбине), мена приборных досках летчика и бортового инженера, и системы проводов, соединяющих датчик с указателем (фиг. 48).

Фиг. 48. Принципиальная схема электромагнитного тахометра: 1 - обмотка статора генератора датчика; 2 - обмотка статора синхронного двигателя указателя; 3 - чувствительный элемент; 4 - спиральная пружина; 5 - алюминиевый диск магнитного успокоителя; 6 - шкала; 7 - стрелка; 8 - узел магнитного успокоителя; 9 - магнитный узел тахометра; 10 - постоянный магнит ротора синхронного двигателя указателя; 11 - диск; 12 - ротор генератора

Датчик представляет собой генератор трехфазного переменного тока типа 4УГ1-48. Ротор 12 выполнен в виде постоянного магнита из высококоэрцитивного сплава «алнико». Статор, набранный из листов трансформаторной стали толщиной 0,5 мм, несет на себе четырехполюсную трехфазную обмотку 1, соединенную в звезду. На внешнюю линию обмотка статора выводится через трехштырьковый штепсельный разъем. Трехфазный ток датчика питает синхронный электродвигатель указателя, число оборотов которого пропорционально частоте питающего тока, а значит и числу оборотов авиационного двигателя.

Обмотка 2 статора электродвигателя указателя аналогична обмотке 1 генератора. Ротор двигателя указателя комбинированный. Он состоит из двух крестовидных постоянных магнитов 10, изготовленных из медно-кобальтового сплава с большой остаточной индукцией, и из металлического диска 11 из немагнитного металла.

Ротор двигателя показан на фиг. 49.

Фиг. 49. Ротор двигателя указателя тахометра: 1 - диск из немагнитного металла; 2 -
звездообразный магнит, 3 - пружина

При быстром вращении магнитного поля статора магнит 2 вначале вследствие инерции не может следовать за ним. Однако вращающее поле индуктирует в диске 1 токи, которые взаимодействую: с полем, вызывая механический момент, направленный в сторону вращения поля. Под действием этого момента ротор начнет вращаться. При приближении к синхронной скорости магнит 2 будет втягиваться в синхронное вращение.

Чтобы облегчить начальное движение магнита при малых скоростях вращения, его устанавливают на втулке и соединяют с осью пружиной 3, допускающей поворот магнита со втулкой относительно вала ротора на 360° Назначением металлического диска 1, жестко соединенного с валом ротора, является облегчение вхождения электродвигателя в синхронизм на большом числе оборотов и предотвращение проскальзывания ротора при резком изменении числа оборотов датчика тахометра.

На выходном конце вала электродвигателя жестко укреплен магнитный узел 9 тахометра (см. фиг. 48), состоящий из двух плат с запрессованными в них цилиндрическими постоянными магнитами, смонтированных таким образом, что противоположные полюса магнитов расположены друг против друга. Чувствительным элементом служит алюминиевый диск 3 с малым температурным коэффициентом сопротивления, установленный в воздушном зазоре магнитного узла между торцами цилиндрических магнитов. Чувствительный элемент связан со стрелкой 7, жестко закрепленной на его оси.

При вращении магнитного узла 9 тахометра вместе с ротором двигателя в чувствительном элементе возникают вихревые токи, величина которых пропорциональна скорости вращения ротора двигателя указателя, а следовательно, и скорости вращения авиационного двигателя. Взаимодействие вихревых топов с магнитным полем магнитов, запрессованных в плате магнитного узла 9, создает механический момент, действующий в направлении вращения магнитного узла 9 и пропорциональный его угловой скорости.

Если магнит вращается со скоростью n об/мин, то на чувствительный элемент 3 действует момент М_д = an, где а — коэффициент пропорциональности.

Этому моменту противодействует развиваемый плоской спиральной пружиной 4 момент М_n, который пропорционален углу поворота подвижной системы M_n = ca, где a - угол поворота подвижной системы; с - упругость пружины.

Это значит, что при данной скорости вращения магнитного узла диск и указывающая стрелка прибора повернутся лишь на один вполне определенный угол, соответствующий равенству вращающего и противодействующего моментов (аn = са), т. е. угол а поворота стрелки указателя пропорционален числу оборотов вала двигателя

Тахометр снабжен магнитным успокоителем 8, демпфирующим колебания подвижной системы и выполненным аналогично магнитному узлу. Демпфирование осуществляется в результате появления вихревых токов в теле алюминиевого диска 5. Успокоитель значительно облегчает чтение показаний прибора.

На многомоторных самолетах применяют сдвоенные указатели, выполненные по такому же принципу, как и описанный электромагнитный тахометр.

В указателе сдвоенного тахометра имеются два синхронных двигателя с синхронным запуском и два магнитных тахометра со стрелками. Вращение стрелкам передается через зубчатые пары; одна из осей полая (фиг. 50).

Фиг. 50. Указатель электрического сдвоенного тахометра: 1 - синхронный электродвигатель; 2 - зубчатые колеса, 3 - синхроноскоп

Указатель снабжен синхроноскопом, устройство которого приведено на фиг. 51.

Фиг. 51. Синхроноскоп: 1 - асинхронный электродвигатель, 2 - ротор; 3 - обмотка статора, 4 - указательный диск

Главной частью синхроноскопа является электрический асинхронный электродвигатель 1 с питанием от двух датчиков тахометра. Ротор 2 двигателя имеет трехфазную обмотку и через контактные кольца и щетки питается от одного датчика. Обмотка 3 статора также трехфазная; статор питается от другого датчика. Ось ротора заканчивается указательным диском 4.

Фазы ротора и статора синхроноскопа соединены так, что направление их вращающихся полей различно. Если частоты (скорости) обоих датчиков одинаковы, то магнитные поля ротора и статора синхроноскопа компенсируют друг друга по частоте, вращающиеся магнитные поля отсутствуют, и ротор синхроноскопа остается неподвижным. При преобладании скорости вращения (и частоты) одного из датчиков образуется результирующее вращающееся поле со скоростью, равной разности чисел оборотов датчиков Вращение поля происходит в сторону датчика с большим числом оборотов.

Результирующее поле заставит ротор, а вместе с ним и указательный диск вращаться. Вращение диска можно наблюдать в прорезь на шкале указателя.