SU1200348A1 - Преобразователь для бесконтактной передачи медленно изменяющихся электрических сигналов с вращающегося объекта - Google Patents

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в электромашиностроении для контроля температуры роторов электрических машин, авиадвигателей, а также в тех отраслях промышленности, где требуется измерение температуры вращающихся частей машин.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и уменьшение температурной погрешности преобразования.

На фиг. 1 приведен преобразователь, общий вид; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез; на фиг. 3 — схема замещения магнитных цепей известного преобразователя; на фиг. 4 — то же, предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит ротор 1 с магнитопроводом 2 с намотанной на нем вращающейся сигнальной обмоткой 3, подключаемой к источнику преобразуемого сигнала (не показан), два неподвижных цилиндрических основания 4 и 5, соединенных первым б и вторым 7 полыми концентричными цилиндрами. Кольцо 8 с пазами 9 расположено посередине между основаниями 4 и 5 и соединяет полые концентричные цилиндры 6 и 7. На внутреннем диаметре кольца 8 выполнены пазы 9, равномерно расположенные по диаметру. В пазах 9 расположены секции 10 обмотки 11 модуляции, соединенные между собой последовательно и согласно. Плоскости витков модуляционной обмотки параллельны оси преобразователя. Неподвижная измерительная обмотка 12 выполнена в виде двух одинаковых секций 13, расположенных между первым 6 и вторым 7 полыми концентричными цилиндрами и неподвижными основаниями 4 и 5 по обе стороны кольца 8. Секции 13 измерительной обмотки между собой соединены последовательно, причем плоскости витков ее перпендикулярны оси преобразователя. Тем самым для медленно изменяющегося магнитного потока, создаваемого вращающейся сигнальной обмоткой 3, секции получаются соединенными согласно, а для магнитного потока модуляции, создаваемого модуляционной обмоткой 11, — встречно.

Толщина первого внутреннего полого цилиндра 6 должна быть в несколько раз (4—8) меньше толщины оснований 4 и 5

2

и второго внешнего 7 полого цилиндра. Это обеспечивает насыщение прежде всего внутреннего полого цилиндра 6 при модуляции и протекании одного и того же магнитного потока через основание 4 и 5 и концентричные полые цилиндры 6 и 7.

Значение суммарного воздушного зазора между роторной и статорной частями магнитопровода при тщательной регулировке может быть выполнено равным 0,2—0,3 мм.

Чувствительность преобразователя можно увеличить и путем выполнения пазов 9 по наружному диаметру дополнительного ферромагнитного кольца 8. В этом случае контакт между кольцом 8 и первым внутренним полым цилиндром 6 получается сплошным, без прорезей на пазы 9, поэтому магнитное сопротивление цилиндра 6 несколько уменьшается, а эффективность модуляции повышается. Секции 13 измерительной обмотки 12 целесообразнее располагать дальше от оси вращения, чем секции модуляционной обмотки 11. В этом случае чувствительность также несколько возрастает, поскольку секции измерительной обмотки 12 пронизываются значительно меньшими потоками рассеяния магнитного тока Фо (при отсутствии модуляции), т. е. изменения потокосцепления при модуляции больше, а значит, выше и чувствительность.

Преобразователь работает следующим образом.

При подключении вращающейся обмотки 3 к источнику медленно изменяющегося электрического сигнала (например, к термопаре) через вращающуюся обмотку протекает медленно изменяющийся ток, который создает в магнитопроводе преобразователя соответствующий поток Фо. Магнитный поток Φι при отсутствии переменного тока в модуляции в обмотке модуляции замыкается по магнитопроводу (фиг. 1). Причем основная его часть (около 95%) замыкается через внутренний полый цилиндр 6, так как другой путь — через полый внешний цилиндр 7 — значительно длиннее, а потому его магнитное сопротивление много больше. Небольшая часть магнитного потока Фо, замыкающаяся через полый цилиндр 7 и охватывающая секции измерительной обмотки 12, ЭДС в ней не наводит, так как поток

1200348

Фо меняется немедленно и потокосцепление его с секциями 13 измерительной обмотки 12 практически не изменяется.

При подключении обмотки 11 модуляции к источнику тока модуляции по секциям 10 протекает переменный ток, создающий магнитный поток модуляции Ф|, замыкающийся по магнитопроводу (фиг. 1). Потоки рассеяния магнитного потока Ф ι, замыкающиеся через роторную часть магнитопровода 2, пренебрежимо малы, так как на своем пути они пересекают два дополнительных воздушных зазора между роторной и статорной частями. Если значение переменного магнитного потока Φι достаточно большое, то материал первого внутреннего полого цилиндра 6 дважды за период переменного тока модуляции доводится до насыщения, что значительно (на 3—4 порядка) увеличивает его магнитное сопротивление. В то же время магнитное сопротивление оснований 4 и 5 и второго внешнего полого цилиндра 7 остаются практически не измененными. В итоге в моменты насыщения первого внутреннего полого цилиндра 6 практически весь магнитный поток Фо начинает протекать через второй внешний полый цилиндр 7, охватывая при этом секции 13 измерительной обмотки 12. Соответствующие изменения потокосцепления магнитного потока Фо и витков секции 13 измерительной обмотки 12 по закону электромагнитной индукции на последней наведут ЭДС удвоенной частоты тока модуляции, однозначно соответствующую при неизменном значении переменного тока модуляции величине медленно изменяющегося магнитного потока Фо или преобразуемого сигнала.

Конструкция преобразователя при тех же габаритных размерах и режимах модуляции имеет повышенную чувствительность. Это видно из анализа схем замещения магнитных цепей известного преобразователя и предлагаемого (фиг. 3 и 4 соответственно). На фиг. 3: Κ_μο — магнитное сопротивление оснований магнитопровода; Κ_μ — магнитное сопротивление участков магнитной цепи (полых концентричных цилиндров), магнитное сопротивление которых модулируется. На фиг. 4; Κ_μο — магнитное сопротивление оснований 4 и 5 магнитопровода; Κ_μ* — магнитное сопротивление дополнительного кольца 8 с пазами; Κ_μ6 — магнитное сопротивление первого внутреннего полого цилиндра 6 (участок с модулируемым сопротивлением); Кц7 — магнитное сопротивление второго наружного полого цилиндра 7. Вращающаяся обмотка в обеих схемах замещения представлена генератором магнитного потока Фо, так как сопротивление суммарного воздушного зазора между роторными и статорными частями магнитопровода много больше сопротивления остальных участков магнитной цепи обоих преобразователей.

В известном преобразователе (фиг. 3) значение медленно изменяющегося магнитного потока, охватывающего измерительную неподвижную обмотку, изменяется от Фо до Фтм, приблизительно равного Фо (Г— где К; — внутреннее сопротивление генератора магнитного потока Фо (практически равно магнитному сопротивлению воздушных зазоров между роторными и статорными частями магнитопровода), Κ_μ^αχ — максимальное магнитное сопротивление участков магнитной цепи с модулируемым сопротивлением при модуляции. Так как Кцтах в лучшем случае может составлять лишь 0,5— 0,6 К, (при насыщении все сильнее оказывается влияние потоков рассеяния), то Фо_? характеризующее изменение потокосцепления Фо с витками измерительной обмотки, составляет около 0,3·Фо.

В данном преобразователе при отсутствии магнитного потока модуляции Φι измерительную обмотку охватывает около 5% магнитного потока Фо, замыкающегося через второй внешний полый цилиндр 7. Это обусловлено значительно большим магнитным сопротивлением этого пути для магнитного потока Фо из-за его большой длины (имеются два дополнительных магнитных сопротивления Κ_μο). При насыщении первого внутреннего цилиндра 6 К_И6 существенно возрастает (на 3 —4 порядка) и становится больше суммы 2Κ_μο+2Κ_μ7. Поэтому почти весь магнитный поток,Фо начинает замыкаться через второй наружный цилиндр 7, охватывая при этом витки секций 13 измерительной обмотки 12. Если принять, что при насыщении первого внутреннего полого цилиндра 6 через него замыкается 10% магнитного потока Фо, то значение Фо, характеризующее изменение потокосцепления Фо с витками измерительной обмотки, составляет (0,95— О,1)'Фо=О,85Фо. Это более чем в 2 раза больше соответствующего показателя известного преобразователя.

Таким образом, чувствительность предлагаемого преобразователя более чем в 2 раза выше, чем у известного. Кроме того, включение секций 11 измерительных обмоток встречно для магнитного потока модуляции Φι позволяет исключить при полной симметрии магнитной цепи трансформаторную вторую гармонику тока модуляции, а также первую и третью гармоники тока модуляции. В итоге погрешность преобразования существенно снижается, особенно при изменении температуры в широких пределах.

1200348

Фиъ.З

ФигЛ

Claims (3)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ

БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ МЕДЛЕННО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, содержащий статор с магнитопроводом в виде дискообразного основания, соединенного с полыми концентричными цилиндрами и с измерительной и модуляционной обмотками, измерительная обмотка

выполнена из двух частей, соединенных последовательно-согласно, ротор с магнитопроводом и сигнальной обмоткой, плоскости витков измерительной и сигнальной обмоток перпендикулярны продольной оси преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и снижения температурной погрешности, напротив магнитопровода статора установлен дополнительный, идентично выполненный магнитопровод, обращенный торцами цилиндров к торцам цилиндров основного магнитопровода, статор снабжен дополнительным ферромагнитным кольцом с пазами, размещенным между торцами цилиндров статора, в пазах дополнительного кольца размещена модуляционная обмотка, выполненная в виде секций, соединенных между собой последо- ί| вательно и согласно, части измерительной обмотки расположены по обеим сторонам дополнительного кольца.

ЗЦ 1200348

>

Г200348

2. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что пазы в дополнительном кольце выполнены на его внешней цилиндрической поверхности.

3. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что секции модуляционной обмотки расположены под секциями измерительной обмотки.

Г-Г '1 V' Ϊ