Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Элементы и устройства (ред)001.doc
Скачиваний:
302
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
7.23 Mб
Скачать

7.2 Фазовый режим работы сквт

Для организации фазового режима работы на обе статорные обмотки СКВТ подаются одинаковые по амплитуде синусоидальные напряжения US и UC одной и той же частоты, сдвинутые по фазе на 900. В магнитной системе СКВТ возникает вращающееся магнитное поле, вектор которого имеет постоянную величину и равномерно вращается с частотой питающего напряжения. Выходной сигнал снимается с одной из роторных обмоток. Это будет синусоидальное напряжение постоянной частоты, сдвинутое по фазе относительно напряжения питания. Сдвиг фазы будет определяться углом поворота вала, т.к. из-за вращения с постоянной скоростью вектора магнитного поля максимум выходного сигнала будет соответствовать моменту времени прохождения вектора магнитного поля через направление продольной оси роторной обмотки (рис.68).

, (48)

где ω – круговая частота питающего напряжения, рад/сек (ω=2πf, f – циклическая частота, Гц), а φ – угол поворота вала СКВТ.

Рис.68

Обмотки СКВТ в фазовом режиме работы.

В современных системах наибольшее применение находят цифровые сигналы, поэтому преобразуем сигнал фазовой модуляции в цифровой сигнал. Для этого сигнальное напряжение UВЫХ и опорное UОП (одно из напряжений питания) с помощью компараторов К1 и К2 преобразуются в импульсные (логические) сигналы U1 и U2. Сдвиг фазы φ преобразуется во временной интервал Δt между одноименными фронтами импульсных сигналов U1 и U2. Преобразование временного интервала в цифровой сигнал (число) – стандартная задача аналого-цифрового преобразования, которая решается с помощью генератора тактовых импульсов, RS триггера, счетчика импульсов и служебных устройств (рис 69а).

Рис.69

Схема формирования цифрового сигнала СКВТ в фазовом режиме.

Генератор тактовых импульсов ГТИ формирует импульсы постоянной частоты Nf, в N раз выше, чем f – частота напряжения питания СКВТ. Импульсные сигналы U1 и U2 подаются соответственно на входы S и R триггера ТГ. Передний фронт импульса U1 устанавливает ТГ в состояние «1», а передний фронт импульса U2 сбрасывает ТГ в «0». На выходе триггера ТГ формируется импульс длительностью Δt. Этот импульс с помощью логической ячейки «И» (ключа) открывает доступ импульсов тактового генератора ГТИ на счетчик импульсов СЧ. За время Δt на счетчик пройдет количество импульсов равное

,

где Т – период напряжения питания СКВТ (рис.69б).

Полная схема формирования цифрового сигнала содержит еще средства передачи полученного двоичного кода в специальный регистр хранения и обнуления содержимого счетчика в конце периода Т для начала нового цикла измерения.

Как и в случае амплитудного режима работы СКВТ необходимо фиксировать переход фазы через границы 00 и 3600 для подсчета количества полных оборотов вала.

7.3 Электрическая редукция

СКВТ как датчик угла поворота имеет ограниченную точность. Основная составляющая погрешности обусловлена неизбежным отклонением зависимости формы выходных напряжений от синусоидальной. В тоже время количество полных оборотов вала определяется целым числом и поэтому не содержит ошибок. Для повышения точности измерения при построении систем управления, в которых применен редукторный привод был разработан прием, позволяющий получить несколько периодов изменения выходного сигнала за время одного оборота вала нагрузки. Учитывая, что обычно в таких системах применяются понижающие редукторы, в которых вал двигателя совершает в i раз больше оборотов, чем вал нагрузки (i- передаточное число редуктора) с помощью СКВТ измеряется угол поворота входного (в некоторых случаях промежуточного) вала редуктора (рис.69а). В этом случае погрешность измерения положения выходного вала может быть уменьшена практически в i (i- передаточное число редуктора от оси СКВТ до оси нагрузки) раз, т.к. подсчет полных оборотов ошибки не вносит. График изменения сигнала СКВТ показан на рис.69б для случая i=5.

При использовании редукции возникает проблема неоднозначности получаемого сигнала, т.к. одному значению угла, определенному по сигналу СКВТ отвечает i1 значений угла поворота вала нагрузки. Один из способов исключения этой неоднозначности – установка «грубого канала» измерения, в котором другой СКВТ установлен на валу нагрузки (показано пунктиром на рис.69а). Сигнал «грубого канала» позволяет однозначно определить положение вала нагрузки, но с ограниченной точностью. Сигнал «точного» СКВТ обеспечивает повышение точности определения углового положения вала нагрузки.

Рис.70

Получение редуцированного сигнала.

Использование принципа редукции сигнала ограничивается тем, что при больших величинах передаточного числа на точность начинают влиять погрешности редуктора – кинематическая погрешность и люфт редуктора. Дальнейшее развитие принципа редукции сигнала потребовало создания датчиков устанавливаемых на валу нагрузки, но формирующих сигнал с большим числом периодов за один оборот вала. В таких датчиках реализуется принцип «электрической редукции».

Первая попытка реализации электрической редукции – создание многополюсных СКВТ. На рис.71 показаны схематично СКВТ с одной, двумя и четырьмя парами полюсов на статоре и на роторе. Коэффициент электрической редукции многополюсных СКВТ равен числу пар полюсов. С увеличением числа пар полюсов уменьшается размер каждого полюса, что приводит повышению сложности изготовления деталей статора и ротора и выполнения обмоток. Поэтому число пар полюсов и, соответственно коэффициент электрической редукции, у многополюсных СКВТ ограничено и не превышает значений р=4÷8.

Рис.71

Многополюсные СКВТ.

Поскольку изготовление деталей ротора и особенно роторных обмоток в силу меньшего диаметра сложнее, чем статора, была разработана схема датчика, названная индукционный редуктосин. Основная идея индукционного редуктосина – отсутствие обмоток на роторе и размещение и обмоток возбуждения и сигнальных обмоток на статоре. Ротор имеет явно выраженные полюса и в процессе поворота ротора перераспределяет магнитные потоки, создаваемые обмоткой возбуждения, на сигнальные обмотки, генерируя в них ЭДС, амплитуда которых имеет практически синусоидальную зависимость от угла поворота.

Схематически редуктосин показан на рис.72.

Рис.72

Редуктосин.

Более простая в изготовлении конструкция редуктосина позволяет увеличить число пар полюсов до значений р=8÷12.

Структура сигналов многополюсного СКВТ и редуктосина соответствует сигналам классического СКВТ. В этих датчиках можно реализовать как амплитудный, так и фазовый режим работы за счет соответствующего включения обмоток возбуждения и сигнальных обмоток. Для упрощения конструкции в них иногда уменьшают число обмоток, что приводит к утрате универсальности и используется в основном амплитудный режим работы, не требующий создания вращающегося магнитного поля в магнитной системе датчика.