SU1742948A1 - Электромашинный кольцевой датчик угла - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к измерительной технике .электромашинным кольцевым датчикам угла. Сущность изобретени : электромашинный кольцевой датчик угла содержит статор с взаимно перпендикул рными обмотками (возбуждени  и выходной) и ротор с короткозамкнутой обмоткой . В цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивлени . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к электромашинным кольцевым датчикам угла, выходное напр жение которых служит мерой угла поворота ротора.

Известен линейный вращающийс  трансформатор (Л ВТ), содержащий две взаимно перпендикул рные обмотки на статоре и две - на роторе, распределенные по синусоидальному закону. Расширение линейного диапазона обеспечиваетс  после- дователь ным соединением первичной (статора) и вторичной (ротора) обмоток Л ВТ. Примен ют ЛВТ с первичным или вторичным симметрированием обмоток. Выходное напр жение такого ЛВТ измер етс  по закону

VBb, (С),

где К - коэффициент пропорциональности; V - напр жение источника питани ; f(a ) - функци  выходного напр жени ,

f(a)

sin a

1 + m cos а

(1)

где а - угол поворота ротора; m - коэффициент , завис щий от параметров обмоток.

Функци  ЛВТ с точностью до 0,060% совпадает с линейной функцией в диапазоне измерени  углаа ± 60°, если m 0,536. Следовательно, дл  ЛВТ необходимо выбирать СКВТ с коэффициентом трансформации 0,536.

Существенным недостатком ЛВТ  вл етс  большое число обмоток и наличие скольз щих электрических контактов, через которые обмотки ротора соедин ютс  с внешней неподвижной частью электрической цепи. Наличие скольз щих контактов снижает надежность и срок службы, а также увеличивает стоимость ЛВТ, так как они изготавливаютс  из сплавов, содержащих драгоценные металлы.

-,-.%

&

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению  вл етс  бесконтактный индукционный синусный датчик с трем  синусоидально расположенными обмотками, две из которых взаимно перпендикул рно размещены на статоре, а обмотка ротора замкнута накоротко.

Если полные сопротивлени  обмоток статора одинаковы (услови  симметрии), то при подключении одной из обмоток статора к источнику переменного напр жени , выходное напр жение перпендикул рно ей обмотки статора будет измен тьс  по закону синуса двойного угла поворота ротора, т.е.

f( a) a

(2)

Недостатком известного датчика  вл етс  существенное отклонение синусоидальной зависимости от линейного закона, котора  в середине диапазона а. ± 30° составл ет 7,0%.

Целью изобретени   вл етс  повышение линейности функции выходного напр жени  в заданном диапазоне углов поворота ротора.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в электромашинном кольцевом датчике угла, содержащем статор с взаимноперпендику- л рными обмотками возбуждени  и выходной ротор с короткозамкнутой обмоткой, в цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивлени .

На чертеже изображена схема датчика угла, содержащего три синусоидально распределенные обмотки.

Две из обмоток 1 и 2 взаимно перпендикул рно размещены на статоре, а обмотка ротора 3 замкнута.

Однако из обмоток 1 статора подключена к источнику 4 переменного напр жени , а втора  2  вл етс  выходной обмоткой. В цепи обмоток статора и ротора последовательно включены реактивные сопротивлени  5-7.

Датчик работает следующим образом.

При подключении обмотки возбуждени  к источнику переменного напр жени  в датчике возникает пульсирующее магнитное поле.

Если ось замкнутой обмотки ротора 3 перпендикул рна или совпадает с осью обмотки 1 возбуждени , то отсутствует поперечна  составл юща  магнитного пол , создающа  ЭДС в выходной обмотке 2 и

VeblX 0.

Если в датчике нагружена симметри  первичных обмоток, т.е. полное сопротивление цепей обмоток 1 и 2 неодинаково, то синусоидальна  функци  (2) искажаетс  ре- акцией обмотки ротора 3.

Тогда функци  выходного напр жени  обмотки 2 будет равна

10

ffa)sin 2 a

1 м -cos 2 a

Здесь дл  М знак (-) дл  углов поворота ротора a 0- 45°, а знак (+) дл  углов а а ±. 90°

Знаки (+) и (-) перед М показывают, что подбором параметров обмоток можно обеспечить отрицательное и положительное значени  коэффициента М. Это расшир ет функциональные возможности устройства.

Например, при М 0,5 функци  (3) имеет в 26 раз меньше отклонение от линейного закона , чей синусна  функци  (2) в диапазоне углов Ј+ 30°.

При питании от источника с частотой

400 Гц и выше индуктивные сопротивлени  обмоток на несколько пор дков выше активных и последними можно пренебрегать.

Значение коэффициента М, оптимальное дл  выбранного диапазона углов а ,

св зано с параметрами цепей обмоток датчика зависимостью

М

35

Х1 Хт23 - Х2 Хт13 Х1 -Xm23tX-Xm1,3 - 2 Х1 Х2 4 ХЗ

где хт - сопротивление взаимной индукции обмоток 1 и 2 статора и ротора 3;

xi, X2, хз полное реактивное сопротив- ление обмоток;

х1 - собственное сопротивление обмотки; х х1 + хн;

хн - внешнее сопротивление.

Коэффициент М зависит от хн и чисел витков обмотки.

При симметрии первичных обмоток 1 и 2 числитель 1 (М 0) и

f(« ) sin la,

Если в обмотках 1 возбуждени  и ротора 3 нет внешних сопротивлений, т.е. хН1 ХнЗ 0 и обмотки статора идентичны xi Х2 то

±М Х

&

(1 +$)(2+$

(4)

Т шнего сопротивлени ;

А

- относительна  величина

Хт

- коэффициент, харак- 5 тивление хВ датчиках о поэтому согласн дени  следует в 1

x i хз

изующий рассе ние магнитного потока, зависит от чисел витков обмоток 1 и 2.

Если выходна  обмотка 2 разомкнута °), то

10

По сравнени мый датчик обла ществами: п отклонение фун ни  от линейного чивает повышен поворота ротора

±М

0,5А-1

(5)

где

А

А1

()(i+)

В этом случае коэффициент М в равной мере зависит и /fo , т.е. от/Н1 и хнз.

Дл  примера определим согласно (5) внешнее сопротивление в цепи обмотки 1 возбуждени , когда обмотка ротора замкнута накоротко (хнз 0). В этом случае /ft

Хн1

хГ

А + 0,5( ±М)

тивление хВ датчиках обычно 0,9 и Ms: 0,5, поэтому согласно (5) в цепь обмотки возбуждени  следует включать емкостное сопро- 1

По сравнению с известным предлагаемый датчик обладает следующими преимуществами: позвол ет уменьшить отклонение функции выходного напр жени  от линейного закона ротора, что обеспечивает повышение точности измерений угла поворота ротора.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электромашинный кольцевой датчик угла , содержащий статор с двум  взаимно перпендикул рными обмотками и ротор с короткозамкыутой обмоткой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  линейности функции выходного напр жени  в заданном диапазоне углов поворота ротора, в цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивлени .