7.4.3 Резольверы
Резольвер (рис. 7.18) служит для определения абсолютного положения вала двигателя внутри оборота и скорости его вращения. Это надежное устройство с невысокой точностью, способное работать при высокой температуре и вибрациях.
Рис. 7.18. Резольвер
При отключении питания информация о позиции не теряется. Используется резольвер, например, для управления синхронным вентильным электродвигателем.
Резольвер работает по принципу вращающегося трансформатора. Ротор резольвера закреплен на валу двигателя, а его статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90 градусов. При вращении ротора резольвер генерирует два аналоговых выходных сигнала U1 и U2 (синусоидальный и косинусоидальный), которые зависят от углового положения ротора и позволяют это положение определить.
7.5 Датчики скорости
Датчики скорости используют один из двух основных методов измерения скорости: электродинамический или импульсный. В основе их работы лежат те же физические эффекты, что и в датчиках перемещения и угла поворота. Электродинамический метод связан с возникновением ЭДС в контуре, относительно которого перемещается источник магнитного потока (индуктор). Импульсный метод предполагает определение скорости по частоте импульсов, генерируемых при относительном перемещении объекта и датчика. В принципе, имеется также теоретическая возможность определения скорости путем дифференцирования сигнала датчика перемещений или интегрирования сигнала акселерометра, но на практике эти методы используются редко.
В электроприводах датчики скорости используются для измерения угловой скорости вращения ротора, а в пневмо- и гидроприводах – для определения линейной скорости перемещения штока.
7.5.1 Датчики угловой скорости
В качестве аналогового датчика угловой скорости часто используется тахогенератор, который, как правило, представляет собой генератор постоянного тока с закрепленными на роторе постоянными магнитами и подключенной к выходу датчика статорной обмоткой. При вращении ротора в обмотке статора наводится ЭДС пропорциональная скорости вращения ротора.
В импульсном датчике измерении угловой скорости вала обычно используется специальный элемент (диск с отверстиями, шестерня с зубцами, колесо с лопатками), имеющий характерные «метки», на которые и реагирует датчик, выдавая импульсы. По-существу, это датчик угла поворота.
Индуктивный датчик скорости (рис. 7.19) состоит из двух магнитопроводов: ротора 3 и статора 4. На внутренней поверхности статора и наружной поверхности ротора нарезаны мелкие зубцы 1 и 2. Между вершинами зубцов имеется небольшой зазор порядка 0,1 мм. Количество зубцов на роторе и статоре одинаково.
Рис. 7.19. Индуктивный зубцовый датчик угла и угловой скорости:
1 – зубцы на роторе; 2 – зубцы на статоре; 3 – магнитопровод ротора; 4 – магнитопровод статора; 5 – обмотки сигнальная и подмагничивания; 6 – магнитный поток
Внутрь статора заложены обмотки сигнальная и подмагничивания. При включении обмотки подмагничивания образуется магнитный поток 6, проходящий через зубцы статора и ротора. Если вращать ротор, поток будет пульсировать с частотой кратной скорости вращения ротора и числу зубцов. При этом в сигнальной обмотке будет наводиться пульсирующая ЭДС, формирующая сигнал датчика.
Ротор и статор в этом датчике можно поменять местами, магнитопровод 3 сделать неподвижным и обмотки разместить на нем.
На рис. 7.20 представлен принцип действия и схема датчика скорости вращающегося вала на основе эффекта Холла [3], явления возникновения поперечной разности потенциалов U, называемой также холловским напряжением, при помещении пластины d с постоянным током I в магнитное поле B.
U
Рис. 7.20. Датчик угловой скорости на основе эффекта Холла
В оптических датчиках угловой скорости используется эффект модулирования светового потока от источника к приемнику при похождении прозрачных и непрозрачных секторов диска, расположенного на вращающемся валу.
Можно в качестве датчика скорости использовать инкрементные энкодеры.