Глава 3 (Учебник - информационные системы), страница 6

а_н = а₀ g ± С

здесь С - значение дискретности нониуса, g - модуль нониусной шкалы.

Для получения подобных сопряжений статор и ротор РЭДП делают с различным количеством зубцов. Системы этого типа используются при построении измерителей линейных перемещений.

В муаровом сопряжении растров деления шкалы формируются не отдельными зубцами статора и ротора, а их совокупностью, так называемой, комбинационной полосой. При этом, как правило, шаг и количество зубцов статора и ротора одинаково, а сами зубцы располагаются под углом друг к другу. Муаровое сопряжение применяют в измерителях угла.

В обеих схемах измерительный сигнал снимается с обмоток считывания, которые, как и обмотки возбуждения, расположены в проточках статора. Таким образом, в конструкции РЭДП отсутствует щеточный узел.

В зависимости от типа преобразователя (линейный или угловой) в РЭДП используются разные комбинационные сопряжения. Для измерителей линейных перемещений: параллельные и сеточные, для измерителей углов: кольцевые, радиальные и спиральные.

В основе работы РЭДП лежит принцип периодического изменения магнитной проводимости m участков магнитной цепи, образованной статором, ротором и воздушным зазором между их зубцами при перемещении ротора относительно статора. Магнитная проницаемость зависит от площади взаимного перекрытия зубцов. В простых угловых РЭДП один период изменения выходного напряжения соответствует одному обороту ротора; в более точных схемах применяется электрическая редукция.

Наиболее известное комбинационное сопряжение в линейных РЭДП образуется двумя параллельными растрами. Разрешающую способность в таких датчиках достигает ~ 0,01 мм.

В РЭДП обычно используются секционные обмотки возбуждения (ОВ) и считывания (ОС). Так, если РЭДП содержит несколько ОС, то, аналогично многополюсному Р фазы выходных напряжений будут сдвинуты друг относительно друга на угол b, зависящий от числа обмоток n и расстояния между ними r, причем

r = g_c/n tg Dj,

где Dj - угол наклона зубцов ротора относительно зубцов статора, g_c - зубцовый шаг статора, g_c = 1/Z_с

Один из видов развертки сопрягаемых поверхностей стато­ра и ротора, описанный в [ ] имеет вид, представленный на рис. 3.28. Заштрихованными показаны участки взаимного перекрытия зубцов статора и ротора. В данной конструкции ОВ и ОС разбиты на четыре секции каждая. Магнитный зазор, развиваемый секциями ОВ 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 замыкается между статором и ротором через зубцовый зазор, пересекая ОС 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 и наводит в них ЭДС, смещенные друг относительно друга на угол b = 90^о. Изменяя такие параметры датчика как Z_с и Z_р, n и Dj можно изменить разрешающую способность датчика и форму выходного сигнала.

Фаза выходного сигнала с каждой ОС вращается относительно опо­рного напряжения ОВ синхронно с поворотом ротора РЭДП на угол q. Как и в схемах Р имеем:

U_вых = k_R U_{в max} sin (wt - y),

Здесь U_в - напряжение ОВ, k_R - конструктивный параметр РЭДП, y » q.

При соединении ОС между собой фаза U_вых оказывается связанной с фазой поворота ротора q соотношением: y » 4 q.

На рис. 3.29 представлен пример РЭДП комбинационного типа. В датчике используется сопря­жение спирального (по спирали Архимеда) и кольцевого растров [ ]. Датчик состоит из статора, на торцевой поверхности которого выполнены кольцевые проточки 1 и радиальные пазы с угловым шагом 90⁰, в которые уложены 4 секции ОВ 2 и ОС 3, выполненные в виде секторов. Ротор 4 представляет собой ферромагнитный диск, жестко закрепленный на оси 5 и вращающийся в подшипниках качения 6. На торцевой поверхности диска выполнена проточка в виде спирали Архимеда, ширина проточки равна половине шага спирали.

Принцип действия РЭДП основан на том, что магнитный поток, развиваемый ОВ, замыкается через зубцовый зазор и наводит ЭДС в ОС. При повороте ротора происходит периодическое изменение проводимости участков сопряжения статор - ротор, охваченных ОС 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 путем изменения площади взаимного перекрытия спиральных и кольцевых выступов ротора и статора (они заштрихованы).

Характеристики промышленных РЭДП приведены в табл. 3.8. Обозначено: D - абсолютная погрешность датчика, L - длина шкалы.

Таблица 3.8. Примеры промышленных РЭДП

К достоинствам РЭДП следует отнести большую по сравнению с Р точность, отсутствие щеточного узла, малые габариты, а также высокую надежность. Недостатками РЭДП являются технологическая сложность, чувствительность к электромагнитным полям, зависимость точности измерений от частоты магнитного поля и скорости вращения ротора.

3.1.2.3. Редусины

Принцип действия редусина (в других написаниях - редуктосина РД) и его конструкция внешне напоминает многополюсный Р (рис. 3.30). В настоящее время РД широко используются в качестве датчика положения ротора в бесконтактных моментных приводах. Как и моментный двигатель РД имеет встра­иваемую конструкцию и ус­танавливается на одном с ним валу без применения повышающих редукторов.

Статор РД собран из пластин электротехнической стали с большим числом зубцов, ротор представляет собой зубчатое кольцо и подобен ротору асин­хронного двигателя с неявновыражен­ными полюсами.

Соотношение между числом зубцов статора Z_c и ротора Z_p может быть различным (наиболее известная схема соответствует Z_c/Z_p = 4/3). Как первичная ОВ 1-2, так и две вторичных ОС 3-4, 5-6 собраны на статоре и, следовательно, в конструкции РД также отсутствует щеточный узел (рис.3.31). В РД используются многополю­сные об­мотки; поэтому при построении ОВ и ОС их определенным образом соединяют между собой. Обычно, ОВ образуется соединением всех полюсных обмоток так, чтобы полярности соседних полюсов чередовались - в этом случае, образуется одна однофазная обмотка. При построении двух ОС полюсные обмотки связывают последовательно через полюс - вто ричные обмотки оказываются двухфазными. Благодаря такому соединению с ОС снимают два напря­жения, амплитуды которых изменяются в функции угла поворота q с пространственным сдвигом, равным элек­три­ческому углу 90^о или 1/4 зубцового деления ротора. При этом повороту ротора на угол, равный зубцовому делению соответствует полный период изменения выходного напряжения с каждой ОС U_вых, а при повороте ротора на один оборот число периодов изменения амплитуды выходного сигнала равно числу зубцов ротора Z_p. Форма кривой U_вых зависит от угловых размеров зубцов и величины зазора между ними и при определенных соотношениях этих параметров удается получить функцию преобразования практически синусоидальной формы. Так, например, для устранения гармоник высшего порядка в функции преобразования, зубцы статора выполняются фасонными. ОС РД (также как и других ЭДП) можно соединить по схеме фазовращателя, получив при этом близкую к линейной зависимость фазы U_вых от q.

Современные РД, используемые в прецизионных станках и роботах содержат от 64 до 256 пар полюсов, а сама измерительная система строится двухотсчетной (с каналами ТО и ГО), что позволяет достичь погрешности измерения углов ~ (3 … 5)”.

Наиболее распространенные числа электрической редукции p = 2⁵ ... 2⁸, однако габариты РД увеличиваются с ростом p. В таблице 3.9 представлены основные характеристики отечественных РД. Символом f_в обозначена частота тока ОВ, k - коэффициент трансформации, w - допустимая скорость вращения вала.

Таблица 3.9. Примеры промышленных РД

К достоинствам современных РД относятся: высокая точность на большом диапазоне измерений, отсутствие щеточного узла и сравнительно малые габариты. Недостатки РД - те же, что и для всех ЭДП. Отдельно надо отметить, что все рассмотренные выше ЭДП являются поворотными и на их основе можно строить только измерители угла. ЭДП, позволяющим измерять также и линейные перемещения является И.

3.1.2.4. Индуктосины

С реди ЭДП с электрической редукцией особое место занимают И - многополюсные Р с плоскими печатными обмотками. И был разработан для использования в специальных устройствах автоматики, однако получил широкое применение, и в настоящее время является самым перспективным прецизионным ЭДП. Сейчас, более 30% станков с ЧПУ оснащены И. По внешнему виду он представляет собой Р с увеличенным числом пар полюсов, статорные и роторные обмотки которого расположены в одной плоскости. Отсюда следует главное достоинство И - возможность тиражирования магнитопроводов при использовании одного комплекта фотошаблонов.

По виду входного сигнала И разделяют на две группы: линейные, и угловые (поворотные).

По своей конструкции И - это линейно развернутый многополюсный Р. Его обмотки выполнены на соосных изоляционных (обычно керамических) пластинах путем высокоточного химического травления. Такая технология обеспечивает одинаковые реактивные сопротивления в цепях. В угловых И обмотки располагаются на торцевых поверхностях дисков, обращенных друг к другу и имеют вид радиального растра из плоских проводников. Воздушный зазор между дисками составляет ~ 0,1 ... 0,2 мм.

В простейших схемах первичная обмотка - статор имеет 2n проводников, последовательно соединенных на внутренней и внешней части диска с помощью лобовых шин. Вторичная обмотка - ротор имеет 2N групп проводников по 2r проводников в группе. Шаг между проводниками W на статоре и роторе обычно одинаков. Деление на группы необходимо для образования многофазной системы. Вторичная обмотка И, как правило, двухфазная (рис. 3.32).