Глава 3 (Учебник в электронном виде), страница 6

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).

Для двухфазных обмоток пространственные сдвиги групп должны составлять электрический угол 0⁰, 90⁰, 180⁰ … и т.д., что достигается их смещением на расстояние ~ ¼ W. Тогда, соединенные последовательно-встречно нечетные группы образуют первую фазу, четные - вторую. Следовательно, число секторов в фазе N должно быть четным.

Каждый проводник ротора соответствует полюсу, а совокупность двух дифференциально включенных про­водников устанавливает угловой или линейный шаг W. Так, ротор из 720 проводников (2n = 720), имеет угловой шаг . Следовательно, для поворотного И справедливо: W = 360⁰/n, где n - число пар проводников.

В линейных И статор получил название линейки, а ротор - скользящего нониуса. Шаг каждой из обмоток линейного И обычно не превышает 1мм.

Наиболее популярная схема включения И - схема фазовращателя в режиме с вращающимся магнитным полем. Обмотки нониуса запитываются двумя синусоидальными напряжениями U₁ и U₂, частотой 2 ... 20 Кгц, фазы напряжений в ОВ смещены друг относительно друга на угол p/2 радиан. При таких час­тотах емкостные сопротивления достаточно малы и обеспечивается необходимый уро­вень выходного сигнала. Заметим что на частотах свыше 10 Кгц обмотки И можно рассматривать как чисто активное сопротивление.

Имеем:

U₁ = E sin wt, U₂ = E sin (wt + p/2) = E cos wt.

Тогда в обмотке линейки индуцируется синусное напряжение U_вых, фаза которого линейно зависит от смещения сканирующей головки в пределах одного шага обмотки нониуса:

U _вых = k (U₁ cos 2p x/W + U₂ sin 2 px/W) = k E cos( wt - 2 px/W).

где x - смещение головки.

Функция преобразо­вания И (в пределах шага) имеет вид:

здесь j - фаза выходного напряжения. Следовательно, фаза j является линейной функцией перемещения х.

Для получения абсолютных значений перемещений в И также как и в других ЭДП используются двухотсчетные измерительные системы. При построении такой системы в канале ГО производится подсчет числа шагов с помощью реверсивного электронного счетчика, а непосредственное измерение осуществляется в пределах шага.

Для уменьшения погрешности преобразования, связанной с наличием в выходном сигнале гармонических составляющих высших порядков в И применяют специальные меры. Типичным решением является использование распределенных статорных обмоток, т.е. таких, у которых шаг статорной обмотки отличается от шага роторных. Также разрабатываются многослойные обмотки, которые позволяют наряду с увеличением точности поднять и мощность выходного сигнала. Каждый слой представляет собой однофазную бессекторную обмотку. Например, в четырехслойной схеме обмотки выполняют таким образом, чтобы фазовые сдвиги между слоями составляли электрический угол 0, 90, 180, и 270⁰. Двухфазная роторная обмотка получится при соответствующем соединении слоев. Так, соединенные дифференциально (встречно) внешний и внутренний слои образуют первую фазу, а средние - вторую.

Современные двухотсчетные линейные И имеют измерительную линейку длиной свыше 2500 мм. Погрешность таких систем достигает 10^-4 %. (Это соответствует абсолютной погрешности в 1 мкм при измерении перемещения в диапазоне 1 м).

Рассмотрим пример использования И в следящей системе (рис.3.33). Функцию формирования потока возбуждения выполняют роторные об­мотки. (Такое включение, из­ве­стно как схема с вра­щаю­щи­м­ся маг­нит­ным полем). Выходной си­г­нал И U_вых зависит от фазы измеряемого перемещения q:

U_вых = k U_{в max} sin (wt + q)