III. 1.1.6.1 Tổn thất áp suất
V.2: Giới thiệu các thiết bị đo công suất động cơ
V.2.2 Thiết bị đo sử dụng động cơ điện
V.2.2.3 Thiết bị đo sử dụng dòng điện Foucault
Thiết bị đo dòng Foucault đo công suất động cơ bằng cách hấp thụ công suất và đo một cách chính xác momen được cung cấp. Thiết bị đo này có thể điều khiển bằng điện tử để điều chỉnh tốc độ và momen ở cả hai trạng thái thay đổi và ổn định.
Cấu tạo
Băng thử được cấu tạo bởi một thiết bị tạo momen cản lắp với ngõng trục, cả hai được lắp đặt trong một vỏ thép hoặc lắp trên giá đỡ. Vỏ bên ngoài của thiết bị được lắp trên hai ổ bi cho phép vỏ quay tự do (mà sự quay này có một giới hạn dừng an toàn).
Thiết bị đo momen và điều chỉnh cánh tay đòn được lắp ở tâm về một phía của vỏ stator.
Khối thiết bị đo thì bao gồm một rotor và một stator. Rotor đúc bằng thép có thể là kiểu có rãnh hoặc kiểu bề mặt phẳng tùy thuộc vào cấu tạo của từng thiết bị. Rotor thường làm từ vật liệu không có tính từ như đồng, kẽm, nhôm,… Stator có nhiều khung thép phức tạp mà nó cho phép lắp đặt một hoặc nhiều cuộn dây.
Rotor và trục được lắp bên trong của stator với hai đầu của trục được kéo dài khỏi vỏ stator và được đỡ bởi hai ổ bi ở hai đầu của stator. Ngõng trục được lắp trên gờ của trục quay và ổ bi đỡ được lắp ở phía bên trong. Trên stator có thiết kế các đường nước vào để giải nhiệt cho rotor khi thiết bị hoạt động.Vì vậy, ngày nay stator thường được hàn từ hai nửa ghép lại.
Hình 5.9: Thế bị đo sử dụng dòng Foucault
1. Rotor; 2. Stator; 3. Cuộn dây điện từ; 4. Ổ bi đỡ stator; 5. Ngõng trục; 6. Trục 7. Vòng cách trong; 8. Vòng từ trường; 9. vòng cách ngoài; 10. nắp máy
Một cảm biến tốc độ dạng điện từ được sử dụng để nhận biết tốc độ của trục thiết bị đo. Một rotor gồm 60 răng được lắp ở một đầu của trục thiết bị, tín hiệu tốc độ có được từ tín hiệu xung điện.
Nguyên lý hoạt động
Phanh điện nhờ dòng cảm ứng được gắn với động cơ cần đo qua trục kết nối. Từ trường song song với trục của máy được sinh ra bằng hai cuộn dây, sự chuyển động của đĩa kim loại làm phát sinh những thay đổi từ thông trên các răng của đĩa kim loại và điều này sinh ra dòng cảm ứng (dòng Foucault) trong đĩa kim loại. Dòng điện này sẽ tạo ra từ trường có khuynh hướng chống lại từ trường sinh ra nó. Hay nói cách khác nó sẽ tạo ra
một momen cản có xu hướng phanh đĩa
quay lại. Việc thay đổi momen cản được
thay đổi một cách nhanh chóng bằng việc
điều chỉnh cường độ dòng điện qua các
cuộn dây. Bằng cách này người ta có thể điều
chỉnh liên tục tải trọng của phanh.
1. Rotor 2. Trục rotor 3. Khớp nối
4. Dòng nước làm mát đi ra 5. Cuộn dây
6. Thân
7. Buồng làm mát 8. Khe hở không khí 9. Cảm biến tốc độ 10. Bệ đỡ
11. Thân giá
12. Dòng nước vào 13. Gioăng làm kính 14. Dòng nước ra
Hình 5.10: Thiết bị đo sử dụng dòng Foucault
Năng lượng sản sinh ra dòng điện cảm ứng sinh ra trong đĩa quay được chuyển hóa thành nhiệt làm nóng đĩa quay. Khó khăn lớn nhất của loại phanh này là việc làm nguội đĩa, vì vậy sự nung nóng đĩa quay là vấn đề cần đặc biệt chú trọng khi thiết kế loại phanh này.
V.2.3 Thiết bị đo kiểu ma sát:
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phanh
Băng thử phanh cơ khí là loại băng thử cổ nhất do người Pháp tên là Prony sử dụng ở Pari vào năm 1794.
Hình 5.11: Kết cấu thiết bị đo kiểu ma sát đo bằng đối trọng
Cấu tạo của băng thử bao gồm những má phanh gắn liền với cánh tay đòn của cân.
Trên trục quay của máy cần đo momen được gắn vật liệu chịu mòn để má phanh tỳ vào đó. Qua siết các đai ốc làm cho má phanh được siết vào trục quay (có loại người ta dùng áp suất thuỷ lực để ép má phanh và đĩa phanh). Momen ma sát sinh ra giữa má phanh và trục quay có xu hướng kéo cho vỏ băng thử quay cùng chiều của trục. Nhưng qua một
momen quay ngược chiều cùng độ lớn giữ không cho vỏ băng thử quay và tạo ra sự cân bằng.
Hình 5.12: Hình dạng bên ngoài và kết cấu bên trong Momen ngược sản sinh ra cân bằng với momen cần đo có độ lớn là:
M = G.L
Trong đó:
G là trọng lượng tác dụng lên cân L là chiều dài của cánh tay đòn
Từ công thức trên ta thấy rằng đường kính của trục cũng như chiều rộng của băng thử không ảnh hưởng đến việc tính toán momen băng thử. Tuy vậy đường kính của trục và chiều rộng của má phanh quyết định đến công suất phanh. Độ lớn của phanh đòi hỏi được xác định bởi những giá trị kinh nghiệm.
Ngày nay người ta vẫn sử dụng kết cấu phanh như trên nhưng thay cân tải trọng bằng cảm biến tải trọng (load cell). Vì vậy kết quả đo chính xác hơn.
Trong quá trình phanh thì toàn bộ năng lượng cơ học trong phanh này được biến đổi thành năng lượng nhiệt do ma sát, cho nên công suất phanh phụ thuộc vào phương thức làm mát phanh. Đại đa số các trường hợp nước được sử dụng là chất làm mát, đồng thời cũng như chất bôi trơn. Do vậy hệ số ma sát giữa trục và má phanh bị giảm bớt song người ta có thể ngăn ngừa được hiện tượng đốt nóng này.
Ngoài ra đối với phanh cơ khí người ta còn sử dụng một loại phanh dải như hình 5.13. Các dải được làm bằng thép hoặc đai vải. Người ta quấn dải quanh trống phanh, phía trên được treo lên một cái cân lò xo, phía dưới đặt các tải trọng. Momen phanh được
Hình 5.13: Thiết bị đo kiểu ma sát dạng phanh dải
tính từ hiệu số của tải trọng G và lực P cùng cánh tay đòn. Cánh tay đòn ở đây bao gồm bán kính của trống và 1/2 chiều dày của dải phanh.
M = (G – P) (R + )
Trống phanh phải bố trí để giữ cho dải phanh khỏi bị tuột và được làm mát bằng nước. Việc điều chỉnh phanh gặp nhiều phức tạp, vì tính chất ma sát bị thay đổi khi dải phanh bị nung nóng hoặc qua bôi trơn cũng như qua sự rung động. Vì vậy phải có các kết cấu đảm bảo sự an toàn để tránh các hiện tượng như đẩy tải trọng ra ngoài hoặc tuộc dãi phanh ra khỏi trống phanh. Vì vậy dải phanh không được nung nóng quá mức, và loại này chỉ dùng để đo các động cơ có công suất nhỏ.