методические указания для лабораторных работ / Режимы работы синусно-косинусных

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет Балаковский институт техники, технологии и управления

РЕЖИМЫ РАБОТЫ СИНУСНО-КОСИНУСНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу ―Электромеханика‖ для студентов специальности 100400

дневной и очно-заочной форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2007

Ц е л ь р а б о т ы: изучить основные режимы работы синусно-

косинусных трансформаторов, проверить зависимость выходного напря-

жения СКТ в функции угла поворота ротора и зависимость выходного на-

пряжения в функции угла рассогласования СКТ-датчика и СКТ-приемника в режиме дистанционной передачи угла.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Вращающимися трансформаторами называют электрические

микромашины переменного тока, предназначенные для преобразова-

ния угла поворота в напряжение, пропорциональное некоторым функциям угла (например, sin или cos ) или самому углу пово-

рота вращающейся части. Вращающиеся трансформаторы (ВТ) применяют

в электромеханических вычислительных устройствах, предназначен-

ных для решения тригонометрических задач и преобразования ко-

ординат; в аналого-цифровых преобразователях типа «угол - ам-

плитуда - код» и «угол - фаза - код»; в системах дистанционной передачи угла повышенной точности и в качестве датчиков обратной связи по углу в аналоговых и цифровых следящих системах и системах программного управления промышленными роботами и автоматами.

Возможны несколько режимов работы вращающихся трансфор-

маторов в зависимости от схемы включения их обмоток:

1) синусно-косинусные трансформаторы (СКВТ или СКТ), у кото-

рых выходное напряжение одной обмотки пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой обмотки — косинусу угла поворота ротора;

2) линейные (ЛВТ), у которых выходное напряжение в определен-

ном диапазоне пропорционально углу поворота ротора;

3) масштабные (МВТ), у которых выходное напряжение пропор-

ционально входному, а коэффициент пропорциональности (масштаб)

3

определяется углом поворота ротора;

4) датчики и приемники трансформаторных дистанционных пе-

редач угла (СДПУ); 5) преобразователи координат, осуществляющие поворот осей

декартовой системы координат или переход к полярной системе ко-

ординат (построители);

6) первичные преобразователи угла для индукционных фазо-

вращателей, осуществляющих преобразование пространственного

угла во временной.

Основным требованием, предъявляемым к вращающимся транс-

форматорам, является максимальная точность преобразования угла в на-

пряжение по заданному функциональному закону.

Конструктивно вращающиеся трансформаторы имеют две основ-

ные части: неподвижную (статор) и подвижную (ротор), показанные на

Рис.1. Конструкция синусно-косинусного трансформатора:

1- сердечник статора; 2 – обмотка статора; 3 – сердечник ротора; 4 – обмотка ротора; 5 – кольца; 6 – щетки; 7 - подшипник; 8 – вал ротора

Сердечники статора (1) и ротора (3) набираются из листов электро-

технической стали или пермаллоя. В пазах сердечников статора и ротора

4

размещают по две распределенные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 90°. Обмотки статора (2) и ротора (4) выполняют обычно одина-

ковыми, т. е. с одинаковым числом витков, с одним сечением обмоточного провода и по одной схеме. Обмотки статора называются соответственно обмоткой возбуждения (В1В2) и квадратурной обмоткой (В3В4), а обмот-

ки ротора соответственно синусной (С1С2) и косинусной (К1К2). Возмо-

жен вариант обратного расположения обмоток: возбуждения и квадратур-

ная (первичные) на роторе; синусная и косинусная (вторичные) на статоре.

На рис. 1 показан вариант контактного исполнения, при котором напряжение с обмоток ротора снимается через токосъемное устройство,

состоящее из контактных колец 5 и щеток 6. В бесконтактных СКТ напря-

жение с обмоток ротора снимается через кольцевые переходные транс-

форматоры или спиральные пружины.

На схемах СКТ изображают условными графическими знаками,

наиболее применимые из которых приведены на рис. 2.

Рис. 2. Варианты условных обозначений СКТ на схемах

Конструкция СКТ и технология их изготовления должны обеспечить при повороте ротора изменение магнитной индукции в зазоре между статором и ротором в функции синусоиды с допустимой погрешностью 0,005 %. Та-

5

кие требования позволяют получить стандартную погрешность измерения угла (5 10)', а погрешность отдельных типов прецизионных СКТ на уровне (1 3)'. Дальнейшее снижение погрешностей возможно при пере-

ходе от рассмотренных двухполюсных СКТ к многополюсным.

Вращающиеся трансформаторы изготовляют, в основном, с номи-

нальным напряжением возбуждения 36 В частотой 400 Гц.

Режим синусно-косинусного трансформатора. На первичную об-

мотку (В1В2) подается номинальное напряжение возбуждения U1, квадра-

турная обмотка (К1К2) разомкнута (рис. 3). В режиме холостого хода на-

Рис. 3. Включение микромашины в режиме СКТ

При подключении нагрузки происходит нарушение функциональ-

ных зависимостей (1) и (2), которое обусловлено реакцией ротора. Для со-

хранения зависимостей применяют симметрирование трансформатора.

При первичном симметрировании квадратурная обмотка (К1К2) замыкает-

ся на внешнее сопротивление ZВШ К, которое выбирается равным внутрен-

нему сопротивлению ZВШ В источника обмотки возбуждения (В1В2). При этом функциональные зависимости (1) и (2) выполняются с заданной пас-

портной точностью. Если внутреннее сопротивление источника мало, то

6

есть ZВШ В = 0, тогда квадратурную обмотку замыкают накоротко.

При вторичном симметрировании квадратурная обмотка разомкну-

та, а вторичные синусная и косинусная обмотки нагружены на одинаковые сопротивления (ZНС = ZНК). Лучший результат дает одновременное исполь-

зование первичного и вторичного симметрирования.

Режим линейного вращающегося трансформатора. В режиме СКТ напряжение на синусной обмотке линейно зависит от угла поворота с погрешностью не более 0,1 %, если угол поворота не превышает 5° в обе стороны от нулевого положения. Для расширения линейного участка зави-

симости используется линейный режим СКТ, у которого коэффициент трансформации kТР = 0,56. В линейном режиме обмотка возбуждения В1В2 соединяется последовательно и согласованно с косинусной обмот-

кой К1К2 (рис. 4), квадратурная обмотка замыкается на симметрирующее сопротивление ZВШ В (обычно ZВШ В = 0). При этом выходная ЭДС (напря-

жение) синусной обмотки изменяется по закону

Если kТР = 0,56, то выражение (3) обеспечивает линейную зависимость от от угла поворота с точностью 0,1 % в пределах углов 37° и с точностью

0,75 % в пределах углов 60°.

ZВШ В

Рис. 4. Включение СКТ в режиме линейного датчика угла

Режим масштабного трансформатора. Схема включения транс-

форматора в этом режиме совпадает со схемой в режиме СКТ с первичным симметрированием (рис. 3). На синусной обмотке формируется напряже-

7

ние UC = EC = U1 kT sin , где U1 является варьируемой входной вели-

чиной, а произведение kT sin - есть масштабный коэффициент передачи напряжения U1 со входа на выход. Масштабный коэффициент можно зада-

вать угловым положением ротора , изменяя значение синуса в интервале от 0 до 1 и соответственно масштабного коэффициента от 0 до kT.

Режим дистанционной передачи угла. Он используется в сле-

дящих системах и приводах и реализуется применением двух трансформа-

торов: СКТ - датчика (СКТ-Д) и СКТ – приемника (СКТ-П). Вал СКТ-П

механически сопрягается с выходным валом рабочего механизма системы или с валом исполнительного двигателя, отслеживая его текущий угол по-

ворота . СКТ-Д является в системе задающим устройством, а угловое по-

ложение его вала заданным параметром. Датчик и приемник соединяют-

ся по схеме рис. 5. Выходное напряжение формируется в функции откло-

Рис. 5. Схема соединения СКТ – датчика и СКТ – приемника в режиме дистан-

ционной передачи угла

8

новки позволяют включать микромашины СКТ в любой режим по указа-

ниям в разделе «порядок выполнения».

10