Która z wymienionych maszyn elektrycznych jest stosowana jako czujnik prędkości obrotowej?
A. Silnik wykonawczy.
B. Prądnica tachometryczna.
C. Amplidyna.
D. Silnik krokowy.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2016 (arkusz E.07-X-16.05).
Prądnica tachometryczna jest maszyną elektryczną używaną właśnie jako czujnik prędkości obrotowej. Jej działanie jest dość proste: wał prądnicy łączy się mechanicznie z wałem badanego silnika lub urządzenia, a na zaciskach pojawia się napięcie proporcjonalne do prędkości obrotowej. W praktyce można to zapisać jako zależność U = k · n, gdzie większa prędkość obrotowa daje większe napięcie wyjściowe. Dzięki temu układ sterowania może „wiedzieć”, jak szybko obraca się napęd. Takie rozwiązanie spotyka się w napędach przemysłowych, układach automatyki, starszych serwonapędach, obrabiarkach czy regulatorach prędkości. Moim zdaniem warto zapamiętać, że prądnica tachometryczna nie służy do napędzania, tylko do przekazywania informacji pomiarowej. Dobra praktyka branżowa wymaga, żeby taki czujnik był poprawnie sprzęgnięty z wałem, miał stabilne połączenia elektryczne i był dobrany do zakresu prędkości oraz napięcia wejściowego sterownika. W dokumentacji technicznej zwraca się też uwagę na liniowość charakterystyki, tętnienia napięcia i odporność na zakłócenia, bo od tego zależy dokładność regulacji.
W tym pytaniu łatwo pomylić maszynę wykonawczą z elementem pomiarowym, a to są dwie różne role w układzie automatyki. Silnik krokowy służy głównie do wykonywania ruchu o zadany kąt, krok po kroku. Stosuje się go na przykład w drukarkach 3D, ploterach, napędach pozycjonujących i małych mechanizmach CNC. On może pracować bardzo precyzyjnie, ale sam z siebie nie jest typowym czujnikiem prędkości obrotowej. Jeśli układ z silnikiem krokowym ma informację zwrotną, to zwykle dodaje się enkoder, resolver albo inny czujnik, a nie traktuje sam silnik jako tachometr. Amplidyna też nie pasuje do tego zastosowania. To specjalna maszyna elektryczna używana dawniej jako wzmacniacz elektromechaniczny w układach regulacji, głównie tam, gdzie potrzebne było sterowanie większą mocą małym sygnałem. Nazwa brzmi trochę technicznie i przez to może kusić, ale jej zadaniem nie jest pomiar prędkości. Silnik wykonawczy, jak sama nazwa sugeruje, jest elementem wykonawczym: ma poruszyć zaworem, przepustnicą, mechanizmem regulacyjnym albo innym obciążeniem. W automatyce rozróżnia się tor pomiarowy i tor wykonawczy. Czujnik mierzy wielkość, regulator przetwarza sygnał, a element wykonawczy realizuje polecenie. Z mojego doświadczenia najczęstszy błąd polega na tym, że uczeń widzi „maszyna elektryczna” i wybiera coś, co kojarzy się z ruchem. A tutaj chodzi konkretnie o maszynę, która zamienia prędkość obrotową na sygnał elektryczny. Tę funkcję spełnia prądnica tachometryczna, bo jej napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do obrotów wału.