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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
Propellergeschwindigkeitsregelung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Die Elektromotoren Bei der Ausarbeitung von Propelleranlagen für Schneemobile, Motordrachen, Flugzeuge sowie Flugzeugmodelle muss der Konstrukteur die genauen Werte einer Reihe von Parametern kennen. Und das Wichtigste: die Geschwindigkeit des Propellers. Dies ist sowohl beim Boosten von Motoren als auch bei der Auswahl eines Propellers notwendig. Auch die Drehzahl ist einer der Hauptparameter beim Betrieb des Motors: Anhand des Wertes dieses Parameters kann man objektiv die Zuverlässigkeit des Motors beurteilen. In vielen Fällen ist es einfach unmöglich, einen der Standard-Drehzahlmesser an eine propellerbetriebene Anlage „anzuhängen“. Bei Modellmotoren können Kontaktmessungen deren Funktion so stark verfälschen, dass jegliche Feinheiten der Einstellung außer Acht gelassen werden Frage. Ich mache die Leser auf einen berührungslosen elektronischen Drehzahlmesser aufmerksam, der die Drehzahl des Propellers messen kann, ohne dass mechanische Verbindungen zwischen dem Sensor und der Motorwelle erforderlich sind. Der Drehzahlmesser besteht aus zwei Hauptteilen - einem Sensor und einem Frequenzzähler (Abb. 1).
Der Sensor erzeugt Impulssignale, die mit einer Frequenz folgen, die ein Vielfaches der Drehzahl des Propellers beträgt. Die Vielfältigkeit wird durch die Anzahl der Schaufeln bestimmt. Für diesen Drehzahlmesser können zwei Arten von Sensoren verwendet werden: elektrostatische und optische. Ein speziell für das beschriebene Gerät entwickelter elektrostatischer Sensor wandelt die auf den Blättern eines rotierenden Propellers während der Reibung an Luft angesammelte Ladung in eine gepulste Spannung um. Zu diesem Zweck verfügt der Sensor über ein empfindliches Element (Abb. 2) – eine schmale Antenne aus einer Metallplatte oder einem Draht, die parallel zur Rotationsebene der Schraube installiert ist.
Wenn die geladenen Blätter an der Antenne vorbeikommen, wird darin eine Wechselspannung induziert, deren Frequenz durch den Ausdruck (K * N) / 60 bestimmt wird, wobei K die Anzahl der Propellerblätter und N die Propellergeschwindigkeit ist (U/min). Die elektrostatische Sensorantenne ist eine Quelle niedriger Spannung (in der Größenordnung von Millivolt) mit einem sehr hohen Innenwiderstand, der dem Isolationswiderstand entspricht. Um den normalen Betrieb des Frequenzmessers zu gewährleisten, wird diese Spannung einem Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz zugeführt (Abb. 3).
Eine hohe Eingangsimpedanz wird durch die Verwendung einer Anpassungsstufe erreicht, die eine Kombination aus einem Flussfolger auf einem Feldeffekttransistor VT1 und einem Emitterfolger auf einem Bipolartransistor VT2 ist. Der Operationsverstärker DA1 sorgt für eine Signalverstärkung auf einen ausreichenden Pegel, um den Frequenzzähler zu betreiben. Ein optischer Sensor besteht aus einer Lichtquelle, einem empfindlichen Element – einer Fotodiode oder einem Fotowiderstand – und einem Verstärker. Die Lichtquelle und das Sensorelement sind so positioniert, dass der Strahl durch die Schraubenebene verläuft. Während der Drehung kreuzen die Klingen periodisch den Strahl, der auf das zwischen Basis und Emitter angeschlossene empfindliche Element fällt (Abb. 4), wodurch sich sein Widerstand periodisch ändert und dadurch eine Wechselspannung an der Basis des Transistors entsteht.
Die empfangenen Impulse werden durch einen zweistufigen Verstärker auf einen für den Betrieb des Frequenzmessers ausreichenden Wert verstärkt. Der Frequenzmesser wandelt die von den Sendern empfangenen Impulse in einen Gleichstrom proportional zur Impulswiederholungsrate um. Sein Hauptelement ist ein wartender Multivibrator auf den Transistoren VT5 und VT6 (Abb. 5).
Wenn Signale von Sensoren am wartenden Multivibrator ankommen, erzeugt dieser Impulse konstanter Dauer, die nur durch die Werte der Widerstände und Kapazitäten der Schaltung bestimmt werden. Wenn sich die Schnecke dreht, entsteht am Ausgang des wartenden Multivibrators eine Folge von Impulsen mit konstanter Amplitude und Dauer, deren Wiederholungsrate proportional zur Drehzahl der Schnecke ist. Die resultierende Impulsfolge enthält einen konstanten Anteil, dessen Wert vom sogenannten Tastverhältnis abhängt – dem Verhältnis der Impulswiederholungsperiode zu ihrer Dauer, also von der Drehzahl der Schnecke. Der Gleichanteil wird durch Integration der Impulsfolge extrahiert. Das integrierende Element ist das Zeigergerät RA1, das gleichzeitig zur Anzeige der Drehzahl des Propellers dient. In diesem Fall wurde ein magnetoelektrischer Kopf mit 100 μA und einem zusätzlichen Widerstand R22 verwendet. Es kann auch ein gröberes Instrument verwendet werden. Bei der Kalibrierung des Drehzahlmessers wird der variable Widerstand R21 verwendet. Ein Emitterfolger auf einem VT7-Transistor wird verwendet, um den Integrator und den wartenden Multivibrator zu entkoppeln. Die Stromversorgung des Geräts erfolgt über Batterien oder über einen 9,5-V-Gleichrichter. Bei der Herstellung eines Drehzahlmessers kann jedes Design übernommen werden, am geeignetsten ist jedoch das Design in Form von zwei Blöcken – einem Sensor und einem Frequenzmesser mit Anzeige, die durch ein dreiadriges Kabel miteinander verbunden sind. Ein elektrostatischer Sensor muss sorgfältig abgeschirmt werden. Die Sensorantenne kann aus einem Stück Kupferdraht, einem schmalen Streifen Messing oder Glasfaserfolie bestehen. Während der Messungen sollte es in einem Abstand parallel zur Rotationsebene der Schraube sein, der den normalen Betrieb des Geräts gewährleistet. Um die Genauigkeit der Messung der Drehzahl des Propellers zu verbessern, muss vor Arbeitsbeginn der Drehzahlmesser kalibriert werden, wofür ein Kalibrator (eingebaut oder ferngesteuert) in seiner Zusammensetzung enthalten ist. Der Kalibrator ist ein Multivibrator (Abb. 6), der kurze Impulse erzeugt, deren Wiederholungsrate durch die Werte der Widerstände R24, R25 und der Kapazitäten C6, C7 bestimmt und basierend auf dem Bereich der gemessenen Geschwindigkeiten ausgewählt wird. Für eine ausreichende Messgenauigkeit sollte die Kalibrierung an zwei oder drei Punkten im Geschwindigkeitsbereich durchgeführt werden. In diesem Fall werden die erforderlichen Impulswiederholungsraten für einen Zweiblattpropeller durch den Ausdruck f=N/30 bestimmt.
Die Tabelle (siehe Abb. 6) zeigt die Werte der Widerstände R24 und R25 für verschiedene Schneckengeschwindigkeiten. Die genaue Frequenzeinstellung erfolgt über einen Abstimmwiderstand R30, während die Frequenzeinstellung über einen hochpräzisen digitalen Frequenzmesser gesteuert wird. Sie können mehrere Frequenzen erhalten, indem Sie die Widerstände R24 und R25 hochschalten oder mehrere Generatoren verwenden. Autor: V.Evstratov
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