CC BY
7
УДК 548.2
Грачев А.С.
ФГБОУВО «Марийский государственный университет»
г. Йошкар-Ола, РФ
ПРИМЕНЕНИЕ ПЬЕЗОКРИСТАЛЛОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Аннотация
В статье рассматривается вариант применения пьезокристаллов для измерения частоты вращения электрических машин
Ключевые слова
Пьезоэлектрический эффект, поляризация, герконы, метод частотного регулирования APPLICATION OF PIEZOCRYSTALS FOR MEASURING AND CHANGING THE SPEED OF ELECTRIC MACHINES
Annotation
The article discusses the use of piezocrystals for measuring the rotational speed of electric machines
Keywords
Piezoelectric effect, polarization, reed switches, frequency control method
Явление пьезоэффекта было открыто братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880-1881 гг. Сущность его заключается в возникновении поляризации под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Есть также и обратный пьезоэффект - возникновение механических деформаций под действием электрического тока. Прямо пьезоэффект наблюдается только в кристаллах без центра симметрии.
За время с момента открытия этого явления, где только не применяются пьезокристаллы. Их малое перечисление займет время. Это использование в пьезозажигалках, для получения высокого напряжения на разряднике; в датчиках в качестве чувствительного к силе элемента (чем больше сила, тем выше напряжение на контактах); в качестве чувствительного элемента в микрофонах; в пьезоизлучателях, в ультразвуковых излучателях; в системах сверхточного позиционирования (например, в системе позиционирования иглы в сканирующем туннельном микроскопе позиционер перемещения головки жесткого диска; для подачи чернил в широкоформатных принтерах, печатающих на сольвентных и ультрафиолетовых чернилах; в пьезоэлектрических двигателях; в кварцевых резонаторах; в пьезотрансформаторах, для измерения напряжения высокой частоты; в емкостных датчиках, включенных в резонансную систему автогенераторного преобразования (АГП), выход которого подключен к входу частотного детектора; в многополюсных фазовращателях с фазорасщепительными блоками; в магнитных, магнитоэлектрических, индукционных, индуктивных, емкостных, центробежных, гидравлических, пневматических, фрикционных, стробоскопических и фотоэлектрических тахометрах; с магнитоуправляемыми контактами (герконами). Это перечисление показывает, как разнообразны сферы применения пьезокристаллов, как широки возможности открытого пьезоэффекта.
В последнее время все чаще используется частотно-регулируемый привод для регулирования скорости вращения асинхронных двигателей, в целях экономного использования мощности, создания оптимальных эксплуатационных условий подачи жидкости, газа, воздуха для различных энергетических установок.
Преобразователь частоты - это устройство, которое предназначено для преобразования
переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.
Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.
Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации.
Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том,
, 2nfi
что, изменяя частоту fi питающего напряжения, можно в соответствии с выражением = —— при
неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора и тем самым менять скорость вращения вала двигателя.
Причем этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне. В свою очередь и выходная частота в используемых сейчас частотных преобразователях может быть, как ниже, так и выше частоты питающей сети.
Схема любого частотного преобразователя состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть выполняется, как правило, на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей, а управляющая часть выполняется на микропроцессорах и обеспечивает управление электронными ключами.
Если выполнить вращающуюся часть электрической машины как вал (диск) с выступающим кулачковым сегментом, и рядом с ним установить пьезоэлемент, то при вращении вала (диска) кулачковый сегмент будет сжимать пьезокристалл, вызывая появление потенциала на гранях последнего.
С изменение частоты вращения, будет меняться частота возникновения потенциала (питающего напряжения частотного преобразователя), что в свою очередь вызовет изменение частоты fi, что позволит изменить угловую скорость магнитного поля статора и тем самым изменить скорость вращения вала двигателя.
По аналогии с частотно-регулируемым преобразователем для изменения скорости вращения двигателя, измененное питающее напряжение с пьезокристалла можно подавать на схему управления широтно-импульсного модулятора, предназначенного для питания светодиодных источников света, с таким расчетом, что будет меняться скважность питающих импульсов, и тогда можно будет управлять величиной освещенности ламп, или по изменению освещенности, можно будет судить об изменении скорости вращения электрической машины.
Список использованной литературы:
1. Е.Е. Привалов. Электроматериаловедение. http://www/iprbookshop.ru/47398. Учебное пособие. Ставропольский государственный аграрный университет АГРУС, 2012.
2. Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями/Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006, - 94 с.
References:
1. E.E. Privalov. Electrical materials science. http://www/iprbookshop.ru/47398. Study guide. Stavropol State Agrarian University AGRUS, 2012.
2. Usoltsev A.A. Frequency control of asynchronous motors/Textbook. St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2006, - 94 p.
© Грачев А.С., 2022
