SU734506A1 - Преобразователь угол-фаза - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к системам автоматического преобразовани  неэлектрических величин, например угла поворота в сдвиг фазы электрического сигнала.

Известен преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийс  трансформатор (СКВТ), Синусна  и косинусна  входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напр жени  1.

Недостатком такого преобразовател , называемого двухфазным фазовращателем,  вл етс  погрешность, обусловленна  асимметрией двухфазного питающего напр жени , неравенством, коэффициентов трансформации и неортогональностью обмоток.

Наиболее близким техническим рещением к предложенному  вл етс  преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный СКВТ, синусна  и косинусна входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напр жени , а синусна  и косинусна  выходные обмотки выполнены из секций. Один вывод каждой секции синусной выходной обмотки соединен с первым входом соответствующего стабилизатора напр жени , один вывод каждой секции косинусной выходной обмотки соединен с общей шиной. К вторым входа.м стабилизаторов напр жени  подключен выход задатчика уровн  напр жени , выходы стабилизаторов соединены последовательно 2.

Недостаток этого устройства состоит в сравнительно невысокой точности преобразовани .

Цель изобретени  - повышение точности преобразовател  угол-фаза.

Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в преобразователь угол-фаза введены RC-цепи, одни концы конденсатора и резистора каждой RC-цепи подключены к выводам соответствующей секции синусной выходной обмотки, другие концы - к выводам соответствующей секции косинусной выходной обмотки.

На фиг. 1 показана схема обмоток; на фиг. 2 - структурна  схема преобразовател ; на фиг. 3 и 4 - векторные диаграммы, по сн ющие работу преобразовател .

Предложенный преобразователь угол-фаза содержит ротор 1, статор 2 (фиг. 1). На роторе размещены входные синусна  обмотка с выводами 3, 4 и косинусна  обмотка с выводами 5, 6, схематически представленные в виде меандров, радиальные участки которых представл ют собой активные участки обмотки, уложенные, например., в пазы магнитопровода (не показаны). На статоре размещена синусна  многополюсна  обмотка, выполненна  из п отдельных секций (на фиг. 1 и 2 из четырех секций) с соответствующими внещними выводами 7-14 и косинусна  многополюсна  обмотка, также выполненна  из п секций с внещними выводами 15-22. К смежным секци м выходных синусной и косинусной обмоток статора 2 (фиг. 2) подключено п RC-цепей (на фиг. 2 показаны четыре цепи), перва  из которых составлена из конденсатора 23 и резистора 24, втора  - из конденсатора 25 и резистора 26, треть  - из конденсатора 27 и резистора 28 и четверта  - из конденсатора 29 и резистора 30. При этом конденсаторы и резисторы образуют с секци ми синусной и косинусной обмоток мостовые схемы, одна из диагоналей которых образует выходы RC-цепей. Входные синусна  и косинусна  обмотки ротора 1 (выводы 3-6) подключены к источнику 31 двухфазного напр жени . Выходы RC-цепей подключены к первым входам стабилизаторов напр жени  32-35, ко вторым входам которых подключен выход задатчика 36 уровн  стабилизируемого напр жени . Выходы всех стабилизаторов соединены последовательно и образуют выход преобразовател  угол-фаза.

При подаче двухфазного напр жени  на обмотки ротора 1 в воздушном зазоре между ротором и статором образуетс  вращающеес  магнитное поле. При этом с секций выходной синусной обмотки статора снимаетс  напр жение, фаза которого ф sin при идеальном выполнении преобразовател , равенстве и ортгональности составл ющих двухфазного питающего напр жени  измен етс  по закону

р sin « р,

где а - угол поворота ротора, р - число пар полюсов обмотки ротора (коэффициент электрической редукции преобразовател , дл  фиг. 1 р 16).

С секции выходной косинусной обмотки статора снимаетс  напр жение, фаза которого fcos измен етс  по закону

Ч cos ар +

На фиг. 3 а векторами ОА и и ОВ обозначены соответственно выходные напр жени  секций синусной и косинусной выходных обмоток дл  частного значени  OL Суммарное выходное напр жение при после- довательном соединении смежных секций обмоток представлено вектором ОС . Дл  реального преобразовател  угол-фаза вследствие неравенства и неортогональности составл ющих питающего двухфазного напр жени , неравенства коэффициентов трансформации и неортогональности обмоток выходные напр жени  секций синусной и косинусной обмоток, обозначенные векторами ОА и ОВ, сдвигаютс  на, равные, но противоположные по знаку углы Лфди Афв, при этом амплитуды данных напр жений оказываютс  неравными (ОВ ОА). Суммарное напр жение, обозначенное вектором ОС, в этом случае оказываетс  сдвинутым по фазе относительно идеального вектора ОС на величину погрешности Дфс, котора  измен етс  2р раз при повороте ротора на угол а 2  . Однако, если векторы ОА и ОВ сложить, предварительно повернув их соответственно на углы -5и - (фиг. 36), то погрешность сдвига по фазе Д«р суммарного напр жени , обозначенного вектором ОС , относительно идеального вектора будет по сравнению с погрещностью Д рс5величиной второго пор дка малости (Aqi(. Д(() при малых исходных углах Дф,,и Дф.Таким образом практически исключаетс  завис ща  от угла поворота ротора погрешность, обусловленна  несимметрией обмоток и питающего двухфазного напр жени . Поворот векторов на

углы - и - и суммирование произвоА Д

дитс  с помощью RC-цепи.

На фиг. 4а проиллюстрирована причина по влени  длиннопериодной погрешности преобразовател . Векторы ОС , и ОСа двух

суммированных с помощью RC-цепей напр жений диаметрально противоположных секций выходных обмоток (например, обмоток с выводами 7, 8 и 15, 16 и 11, 12, 19, 20) сдвинуты на одинаковые, но противоположные по знаку углы Дф1 и Дq)l.

Данные фазовые сдвиги обусловлены, например , неравномерностью нанесени  полюсов обмоток ротора вследствие эксцентриситета , допущенного при установке заготовки ротора на станок дл  нарезани  щлицов магнитопровода. При равномерном воздущном зазоре между ротором и статором суммирование векторов ОСг.определ ет идеальное положение вектора ОСз выходного напр жени . Это положение соответствует также условию ф1 cpj. О, когда полюса нанесены равномерно. Смещение статора, например, из-за эксцентриситета установки приводит к тому, что воздушный зазор в месте расположени  обмоток с .выводами 7, 8; 15, 16 увеличиваетс , а в

месте расположени  обмоток с выводами 11, 12, 19, 20 уменьщаетс . Вследствие этого вектор ОС , уменьшаетс  до ОС, а вектор ОС2 увеличиваетс  до ОСг,. Суммирование таких векторов дает вектор ОСд, который сдвинут относительно идеального вектора

ОСj на величину погрешности ДРз . измен ющейс  с периодом оборота ротора.

На рис. 46 показана векторна  диаграмма , иллюстрирующа  действие стабилизаторов напр жед1и  32 и 34, стабилизирующих векторы напр жений ОС i и OCj на одинаковом заданном от задатчика уровне ОС ОС i. При этом суммирование их путем последовательного соединени  выходов стабилизаторов дает вектор ОС 5, совпадающий с идеальным вектором ОС з, т. е. дл  данного случа  Д(р 0.

Степень компенсации длиннопериодной погрешности зависит от прин того числа п секций обмоток преобразовател . Так, при п 4 длиннопериодна  погрешность уменьшаетс  в 5 раз, при п 6 - в 10 раз, при п 8 - в 20 раз. Таким образом, дл  эффективного снижени  длиннопериодной погрешности на практике достаточно пользоватьс  числом п 6. Например, современные многополюсные преобразователи угол-фаза обладают длиннопериодной погрешностью 5 угл. сек, при дефектах изготовлени  и монтажа пор дка 0,01 мм. При использовании предложенной схемы с п- 6 их длиннопериодна  погрешность будет составл ть 0,5 угл.сек. Использование п 4-8 нецелесообразно, так как приводит к усложнению схемы ввиду увеличени  числа RC-цепей стабилизаторов напр жени  и выводных концов обмоток. Существенным преимуществом предложенного преобразовател  угол-фаза  вл етс  также уменьшение погрешностей , обусловленных нерабочими смещени ми ротора и статора вследствие деформации объекта, в котором установлен преобразователь. Это повышает стабильность работы преобразовател .

В качестве стабилизаторов напр жени  могут быть использованы, например, усилители с регулируемым от источника (задатчика ) посто нного напр жени  коэффициентом усилени .

Таким образом, предложенный преобразователь угол-фаза позвол ет на пор док уменьшить одну из определ ющих погрешностей многополюсных преобразователей угла поворота вала - длиннопериодную погрешность , обусловленную дефектами изготовлени , монтажа и нерабочими смещени ми в процессе эксплуатации. Выходна  информаци  преобразовател  представлена фазовым сдвигом выходного напр жени , пропорциональным углу поворота ротора к коэффициенту электрической редукции, что позвол ет применить дл  кодировани  угла поворота стандартные частотомеры в режиме измерени  временного интервала.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   10

   Преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийс  трансформатор, синусна  и косинусна  входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напр жени , а синусна  и косинусна  выходные обмотки выполнены из секций, один вывод каждой секции синусной выходной обмотки соединен с первым входом соответствующего стабилизатора напр жени , один выход каждой секции косинусной выходной обмотки соединен с общей шиной, ко вторым входам стабилизаторов напр жени  подключен выход задатчика уровн  напр жени , выходы стабилизаторов напр жени  соединены последовательно , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены RC-цепи, одни концы конденсатора и резистора каждой RC-цепи подключены к выводам соответствующей секции синусной выходной обмотки, другие концы - к выводам соответствующей секции КОСИНУСНОЙ вь ходной обмотки.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Ахметжанов А. А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств . М., «Энерги  1975, с. 67-68.
2. 2. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2539816/18-24 от 28.10.77, по которой прин то положительное решение (прототип ).

   19 li W fO

   Фиг.Ь

   .0

   игЛ