Curva caratteristica di una dinamo tachimetrica

Materie:Appunti
Categoria:Elettronica

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Testo

LABORATORIO DI ELETTRONICA
ALUNNO: Fratto Claudio
CLASSE: V B Informatico
ESERCITAZIONE N°: 8
OGGETTO: RILIEVO DELLA CURVA CARATTERISTICA DI UNA DINAMO TACHIMETRICA

SIMBOLO DINAMO
TACHIMETRICA

STRUMENTI UTILIZZATI COMPONENTI UTILIZZATI
1) Alimentatore duale (±12V per gli operazionali); 1) Scheda G36A;
2) Alimentatore (0V – 30V per il circuito di 2) Dinamo tachimetrica;
potenza; 3) Resistenza variabile impostata a 220Ω;
3) Multimetro impostato come voltmetro;
4) Box montaggio.
TABELLA DEI DATI RILEVATI
GRAFICO
RELAZIONE
L’esperienza effettuata in laboratorio si è articolata in tre fasi:
1) la prima fase consisteva nel montare il circuito che potesse svolgere la funzione di trasduttore di velocità senza alcun carico presente prima dell’uscita e, dopo aver impostato i parametri della scheda utilizzata, nel rilevare le coppie di valori giri della dinamo e tensione di uscita per riportarli in una tabella;
2) la seconda fase consisteva nel modificare il circuito montato nella prima fase inserendo un carico per ripetere nuovamente la rilevazione delle coppie di valori da riportare nella tabella;
3) la terza fase consisteva nel riportare su un grafico le coppie di valori rilevati in modo da analizzare il funzionamento del trasduttore con e senza il carico.
• CENNI TEORICI SUI TRASDUTTORI:
Nel campo dell’elettronica si definisce trasduttore un dispositivo in grado di convertire una grandezza fisica in un segnale elettrico, sia esso di corrente o di tensione;
I trasduttori, che vengono parecchio utilizzati nei sistemi di controllo ad anello chiuso, sono in grado di campionare la variabile da controllare fornendo un segnale elettrico corrispondente.
La bontà di un trasduttore dipende da diversi parametri, dei quali i più importanti sono:
1) la sensibilità, che esprime il rapporto tra la variazione del segnale di uscita e quella del segnale di ingresso;
2) la linearità, che esprime la proporzionalità diretta tra la grandezza fisica ed il segnale elettrico;
3) la precisione, cioè una grandezza che dipende dall’errore presente tra l’uscita teorica e quella reale;
4) la prontezza, che esprime la rapidità con la quale il trasduttore risponde ad una variazione dell’ingresso;
5) la risoluzione, cioè la minima variazione di ingresso che causa una variazione del segnale di uscita;
6) la ripetibilità, cioè la capacità del dispositivo di fornire lo stesso segnale di uscita quando in ingresso viene applicato lo stesso ingresso ma in momenti diversi.
Esistono diverse tipologie di trasduttori che si differenziano in base alla grandezza fisica di ingresso che riescono a convertire. I trasduttori che trovano maggior impiego sono:
1) i trasduttori di temperatura, che convertono una temperatura in un segnale elettrico. Rientrano in questa categoria:
a) le termo – resistenze;
b) i termistori;
c) le termocoppie.
2) i trasduttori di pressione, che sono in grado di fornire una variazione del segnale di uscita in base ad una variazione della pressione, di un gas o di un fluido, dell’ingresso;
3) i trasduttori di luminosità, che trasformano l’energia luminosa in energia elettrica. Rientrano in questa categoria:
a) le foto – resistenze;
b) i fotodiodi;
c) le celle fotovoltaiche.
4) i trasduttori di forza (estensimetri), che consentono di trasformare in un segnale elettrico l’entità di una forza o più in generale di qualsiasi tipo di deformazione;
5) i trasduttori di posizione, che trasformano una posizione lineare o angolare in un segnale elettrico. Rientrano in questa categoria i potenziometri;
6) i trasduttori di velocità, che forniscono una grandezza elettrica di valore proporzionale alla velocità lineare o di rotazione di un oggetto in movimento. Rientrano in questa categoria le dinamo tachimetriche.

CENNI TEORICI SULLA DINAMO TACHIMETRICA
La dinamo tachimetrica è un trasduttore di velocità che ha una struttura analoga a quella di una dinamo ad eccitazione indipendente. Lo schema di una dinamo tachimetrica è:
La tensione continua Vi, applicata attorno all’avvolgimento di eccitazione, fa si che il flusso di eccitazione Φ sia mantenuto costante. Come per le dinamo ad eccitazione indipendente, la tensione di uscita (Vo) di una dinamo tachimetrica è pari a , dove:
a) k è la costante costruttiva della macchina elettrica;
b) è il flusso magnetico;
c) n è il numero di giri al minuto dell’organo di rotazione.
Essendo k e due valori costanti, è possibile porre , per cui si ha che la tensione di uscita è pari a: . Da questa uguaglianza emerge la proporzionalità diretta che esiste tra la velocità di rotazione e la tensione di uscita della dinamo.
I maggiori difetti dell’impiego di una dinamo tachimetrica sono:
a) una forte usura delle spazzole che implica una frequente manutenzione e sostituzione delle stesse;
b) un elevato errore di linearità.
• La bufferizzazione del carico
SCHEMA:
Poiché la tensione di uscita Vout deve essere applicata ad un circuito di misura, con lo scopo di rilevare la velocità angolare, esso rappresenta un vero e proprio carico per l’uscita della dinamo. Ciò fa si che il funzionamento a vuoto della dinamo venga pregiudicato; ciò è dovuto alla corrente Ia che non assume più un valore trascurabile. Per ovviare a ciò si ricorre alla bufferizzazione dell’uscita. Essa consiste nel porre tra l’uscita della dinamo ed il dispositivo di misura un circuito detto di interfaccia caratterizzato da una resistenza Rin molto elevata ed una resistenza Rout molto bassa. L’elevata resistenza di ingresso fa si che la corrente Ia assuma un valore trascurabile, mentre la bassa resistenza di uscita lascia praticamente inalterata l’ampiezza del segnale di uscita. In conclusione, è possibile affermare che la bufferizzazione del carico, con l’impiego di un circuito di interfaccia, rende il funzionamento della dinamo molto vicino al funzionamento a vuoto della stessa.

FASE 1:
Per montare il circuito che potesse svolgere la funzione di trasduttore di velocità si è utilizzato il modulo G36A, alimentato con una tensione duale pari a 12V per gli operazionali della scheda ed una tensione 0V÷30V per il circuito di potenza. Per impostare i parametri della scheda, in particolare il numero massimo di giri che la dinamo (collegata direttamente al modulo) può raggiungere si è utilizzata la manopola SET POINT della scheda stessa. Ruotando la manopola interamente a destra si è impostato il numero massimo di giri a +4000.
Per rilevare la tensione di uscita fornita dal trasduttore di velocità si è collegato all’uscita del dispositivo stesso un multimetro digitale impostato come voltmetro.
In questa fase, prima dell’uscita del trasduttore non si collegato alcun carico, realizzando, di fatto, una dinamo con il funzionamento a vuoto.
Dopo aver terminato tutte le operazioni di collegamento si è passati alla rilevazione delle coppie di valori giri della dinamo con il rispettivo valore di tensione di uscita, riportandoli su una tabella (vedi “Tabella dei dati rilevati – Giri[rpm], Vout a vuoto[Volt]” di foglio2).
• FASE 2:
In questa seconda fase si è inserito un carico prima dell’uscita del trasduttore, in particolare si è inserita una resistenza variabile impostata a 220Ω, per eseguire nuovamente le operazioni di rilevazione delle coppie di valori giri – tensione da riportare in una tabella (vedi “Tabella dei dati rilevati – Giri[rpm], Vout con carico[Volt]” di foglio2).
• FASE 3:
Nell’ultima fase si sono riportate le coppie di valori rilevate nelle due fasi precedenti su di un grafico (vedi “Grafico” di foglio2), tracciando difatti due curve. Entrambe le curve, Vout senza carico e Vout con carico, avevano un andamento di tipo rettilineo che andava a rimarcare la proporzionalità diretta della dinamo tachimetrica.
Analizzando le due curve è emerso che la tensione di uscita della dinamo è maggiore quando prima della stessa non è inserito alcun carico. Ciò sta a significare che il carico assorbe una determinata quantità di uscita.
Claudio Fratto Esercitazione N°8 Laboratorio di Elettronica 14-05-2009
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