3.2 Датчики

В соответствии со схемой электропривода ПР, приведенной на рисунке 1, рассмотрим датчики скоро­сти (ДС) и датчики угла (ДУ). Характеристики датчи­ков, как чувствительных элементов системы электропри­вода ПР, должны удовлетворять требованиям макси­мальной чувствительности (коэффициент преобразова­ния), малой инерционности, стабильности, а также линейности и однозначности статической характеристики (вход—выход). По виду электрической выходной вели­чины электрические датчики неэлектрических величин можно классифицировать на генераторные (выходная величина — ЭДС или ток) и параметрические (выходная величина — индуктивность, емкость или резистивное сопротивление). По типу сигналов датчики делятся на аналоговые и цифровые.

3.2.1 Т а х о г е н е р а т о р ы. В качестве датчиков скоро­сти в электроприводе ПР, как правило, применяют тахогенераторы постоянного тока (ТГ ПТ) и асинхронные тахогенераторы (АТГ). Возможно применение и диффе­ренциального трансформаторного датчика.

По существу ТГ представляет собой электрическую машину постоянного тока или асинхронную машину, вал которой соединен с выходным валом двигателя: угловая скорость со_р (частота вращения) его измеряется, а выход­ное напряжение пропорционально этой скорости. Чувствительность ТГ ПТ составляет 15—25 мВ/(об/мин), а для АТГ—2—5 мВ/(об/мин). Точность из­мерения частоты вращения составляет 0,5—2,5%, а для прецизионных ТГ — 0,05—0,1%. Дополнительная темпера­турная погрешность не превышает 0,4%. Выходное на­пряжение ТГ ПТ при

номинальной угловой скорости равно 50 В, а у АТГ — 10—60 В.

В динамике ТГ описывается передаточной функцией апериодического звена.

Наибольшее распространение в качестве датчиков угла (ДУ) в электроприводах ПР получили потенциометрические, индукционные, кодовые и импульсные дат­чики. Первые два класса относятся к аналоговым, а вторые — к цифровым. Из индукционных датчиков широко используются вращающиеся трансформаторы и сельсины. Современный уровень развития аналого-цифро­вого преобразования позволяет оснащать ПР аналого­выми датчиками и получать при этом точность управ­ления не ниже, чем при использовании цифровых дат­чиков.

3.2.2 П о т е н ц и о м е т р и ч е с к и е д а т ч и к и. Эти датчи­ки преобразуют угловое перемещение а движка в вы­ходное напряжение . Ис­пользуются проволочные и пленочные потенциометры. Проволочные делятся на одно- и многооборотные, а пленочные на металлопленочные и полупроводниковые. Конструктивное исполнение которых различно.

Статическая характеристика потенциометрических датчиков нелинейна; ее

нели­нейность тем больше, чем выше активное сопротивление нагрузки и полное

сопротив­ление потенциометра.

Точность проволочных датчиков может составлять 0,05%; их недостаток — ступенчатость характеристики из-за дискретного изменения сопротивления при перемещении щетки движка. Пленочные потенциометры наиболее точны — класс точности достигает 0,01%.

Стабильность датчиков характеризуется температур­ным коэффициентом, который для проволочных датчиков составляет (50—70)10⁶ 1/град, а непроволочных — (100—1000)10⁶ 1/град.

Для обеспечения стабильности работы датчики долж­ны иметь сопротивление, превышающее 1000 Ом.

Срок службы потенциометрических датчиков в сред­нем составляет (2—20)10⁶ циклов при частоте враще­ния движка 100—150 об/мин.

3.2.3 В р а щ а ю щ и е с я т р а н с ф о р м а т о р ы (ВТ). Это электрические машины переменного тока с неявно выраженными полюсами. В статоре и роторе уклады­ваются по две взаимно перпендикулярные обмотки. Такой ВТ называют синусно-косинусным (СКВТ). При подаче в одну из первичных обмоток СКВТ переменного напряже­ния во вторичных обмот­ках и наводятся ЭДС .

Статическая характерис­тика ВТ является синусной (косинусной), но при малых углах (порядка 5°) с точно­стью до 0,1% ее можно счи­тать линейной. Для расши­рения линейного участка статической характеристики прибегают к специальным схемам включения [3]. При этом в пределах изменения угла поворота ±55° погрешность отклонения статической характеристики от линейной со­ставит 0,1%. В СКВТ закон изменения выходного напря­жения может отклоняться от синусоидального из-за тех­нологических и конструктивных факторов. Эта погреш­ность для разных типов СКВТ составляет 0,2—0,02%.

Точность измерения углов СКВТ довольно высока, для некоторых типов трансформаторов погрешность до­стигает ±(2—З) минуты. Чувствительность ВТ примерно равна 1 В/град [1,8].В динамике ВТ можно рассматривать как безынер­ционные звенья.

К недостаткам ВТ можно отнести их высокую стои­мость, низкую помехоза-

щищенность и необходимость в питании переменным напряжением.

3.2.4 С е л ь с и н ы. Это один из широко известных эле­ментов, используемых в качестве ДУ. Он представляет собой электрическую машину с однофазной обмоткой возбуждения на роторе, питаемой пере­менным напряжением и трехфазной статорной об­моткой. Поток возбуждения ротора наводит в обмотках фазы статора ЭДС перемен­ного тока, частота которого равна частоте питания а значение зависит от поло­жения ротора.

В системах ЭП сельсины работают в трансформатор­ном режиме и содержат эле­менты, сельсин-датчик (Д) и сельсин-приемник (Я). Напряжение подается в обмотку ротора Д, обмотки статоров Д и Я соединены, ЭДС, на­водимые в фазах Д и зави­сящие от положения ротора, создают токи в обмотках статора Я. В обмотке ро­тора Я в зависимости от его положения индуцируется ЭДС. Выходное напряжение зависит от угла рассо­гласования между ротора­ми Д и Я [1, .8].

Су­ществуют контактные и бес­контактные конструкции сельсинов. Статическая

характерис­тика при малых углах рассо­гласования близка к линей­ной. Чувствительность пример­но равна чувствительности ВТ, то есть 1 В/град.