Синусно-косинусные трансформаторы

В качестве датчиков углового положения в цифровых преобразователях угла (ЦПУ) фазового типа широкое применение находят фазовращатели (ФВ) на основе синусно-косинусных трансформаторов (СКТ). Основной технической характеристикой ФВ является линейность изменения фазы выходного напряжения как функции угла поворота ротора СКТ. Она, в первую очередь, характеризует метрологические возможности тракта в аппаратуре, в котором используется ФВ. Поэтому построение высокоточных ФВ является актуальной задачей аналого-цифрового преобразования. Наиболее часто в ЦПУ используются однофазные и двухфазные ФВ на основе СКТ. В однофазных ФВ питание обмоток воз­буждения (0В) СКТ осуществляется от однофазного источника напряже­ния, а СКТ работает в режиме пульсирующего магнитного поля, в двух­фазных ФВ — от двухфазного источника напряжения питания (ИП, СКТ работает в режиме вращающегося магнитного поля). В настоящее время затруднительно отдать предпочтение какому-нибудь типу ФВ, так как высокая точность одних определяется использованием стабильных и точных пассивных элементов, а других — наличием прецизионного квадратурного источника питания. Фазовращателям указанных типов присущи погрешности, которые можно разделить на два вида. К первому виду следует отнести погрешности, обуславливаемые нестабильностью и разбросом параметров пассивных элементов — для однофазных ФВ; асимметрией напряжений питания — для двухфазных ФВ; асимметрией СКТ, возникающей за счет конструктивных и технических ограничений. Ко второму виду относятся погрешности, определяемые изменением сдвига фазы выходного напряжения относительно входного (вследствие комплексного характера входного сопротивления СКТ и нагрузки на ФВ), задержками в линиях связи (СКТ может находиться на значительном удалении от электронной части ЦПУ). Эти погрешности существенно меняются под влиянием климатических факторов (в основном темпера­туры) окружающей среды.

Применение ФВ с перестраиваемой структурой позволят существенно уменьшить указанные погрешности. Повышению точности ЦПУ способствует использование в схемах ФВ многополюсных датчиков угла (СКТ, редуктосинов, индуктосинов), работающих в режиме с пульсирующим или вращающимся магнитным полем. При этом суммарная погрешность ЦПУ практически уменьшается в p раз (число пар полюсов датчика угла) и определяется, в основном, только точностью многопо­люсных СКТ. В связи с этим актуальной является разработка прецизион­ных многополюсных СКТ для схем ФВ. [ 7 ]

Особенности проектирования скт для работы в режиме вращающегося магнитного поля

Создание прецизионного ИП, обеспечивающего работу СКТ в режиме вращающегося магнитного поля с двумя или тремя фазами 0В; (сдвиг векторов междуфазных напряжений с точностью 2—5', разность междуфазовых напряжений — не более 0,02%, максимальное содержание высших гармоник — менее 0,02 %), и разработка совершенных методов измерения фазовой погрешности СКТ в схемах ФВ позволили провести сравнение особенностей проектирования СКТ, предназначенных для работы в режиме пульсирующего или вращающегося магнитного поля.

Если в режиме пульсирующего магнитного поля m-фазные выходные обмотки (ВО) ФВ практически разомкнуты (нагрузкой входной части блоков преобразователей угол—фаза—код можно пренебречь), то в режиме вращающегося магнитного поля m-фазные 0В замкнуты на близкое к нулю внутреннее сопротивление ИП. Эти различия, как показывает практика, приводят к необходимости, разработки специальных методов проек­тирования многополюсных СКТ (СКТМ), работающих в режиме вращающегося магнитного поля, поскольку критерии, которыми руководствуются при проек­тировании многополюсных СКТ, в опре­деленной части отличаются от критериев для СКТ, предназначенных для работы в дистанционной синхронной передаче угла (ДСПУ).

К многополюсным СКТ, предназначенным для работы в качестве датчи­ка и приемника точного отсчета (ТО) ДСПУ, кроме точности предъявля­ется требование обеспечения максимальной крутизны выходного сигнала. Это достигается применением синусных 0В и ВО с высокой добротностью.

Для ФВ нет необходимости обеспечения максимальной крутизны выходного сигнала, поскольку входные элементы ЦПУ обеспечивают надежную работу при сравнительно низких уровнях выходного напряже­ния (0,5—5 В). Главным критерием работы СКТМ для схем ФВ является обеспечение строго линейной зависимости фазы выходного напряжения в функции угла поворота ротора изм=f().

При использовании СКТМ в режиме вращающегося магнитного поля, вследствие замыкания 0В на ИП, наблюдается значительное влияние индуктивной связи фаз 0В по лобовым и пазовым частям, существенно снижающее точность СКТМ. В ДСПУ влияние индуктивной связи обмоток синхронизации на точность СКТ существенно ослаблено, поскольку обмотки синхронизации СКТ - датчика и СКТ - приемника не замкнуты накоротко, а нагружены друг на друга. При этом влияние индуктивной связи фаз, как показывает практика, хотя и ощущается, но не столь значительно, как в схеме ФВ с вращающимся магнитным полем СКТМ. В связи с этим СКТМ могут обеспечить высокую точность определения положения контролируемого объекта только при работе в схеме с пульсирующим магнитным полем. Для работы в схемах ФВ с вращающимся магнитным полем необходима разработка специальных методов проектирования СКТМ. [7]