Преобразователь угол-фаза

 

.. Ъа

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сотзиалистичесиих

Республик

?08141 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— 1 (22) Заивлено 28.10.77 (21} 2 У 81б/18.24 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет (51}М. Кл.

G 01 В 7/10

3Ъаударстееииый комитет

СССР аа делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.01 80 ° Бюллетень М 1

Дата опубликования описания 07.01.80 (53} УДК 681.34 (088.8) (72) Автор изобретения

Е. А. Артюхов (73 ) Заявитель (54} ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ--ФАЗА

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования неэлектрических величин, а именно, к преобразователям утла поворота вала в фазовый сдвиг электрического сигнала.

Известен преобразователь "угол-фаза", содержащий многополюсный синусно-косинусный врашаюшийся трансформатор, синусная и косинусная обмотки которо о подключены к источнику двухфазного питающего напряжения 11).

Одним недостатком: такого преобразователя, называемого двухфазным фазоврашателем, яв-. ляется погрешность, обусловленная асимметрией двухфазного питаюшего напряжения, неравенством коэффициентов трансформации и неортогональностью обмоток: другим сушественным недостатком данного преобразователя является погренлюсть, обусловленная дефектами формы рабочих поверхностей ротора и статора, неточностью нанесения полюсов обмоток, эксцентриситетами установки и нерабочими смещения ли ротора и статора. Основная составляющая этой погрешности изменяется с периодом, равным обороту ротора и поэтому названа длиннопсриодной погрешностью.

Наиболее близким техническим решением к данному устройству является преобразова5 тель угол-ф;за, содержаший многополюсный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, входные синусная и косинусная обмотки которого подключены к иоточнику двухфазного напряжения, а выходные синусная H коси10 нусная обмотки выполнены в виде п секций с внешними выводами (2). Недостаток этого известного устройства состоит в невысокой точности в основном из-за асимметрии питающего напряжения.

Цель изобретения состоит в повышении точкости преобразователя угол-фаза. Это достигается за счет того, что в преобразователь уголфаза введено 2п стабилизаторов напряжения и задатчик уровня стабилизируемого напряжения, выход которого соединен с одними входами стабилизаторов напряжения, а друтие входы которых соединены соответственно с первыми и третьими внешними выводами секций выходных синусной и косинусной обмоток, вторые и четвертые вненгние выводы которых соединены между собой и подключены к общей ши- не, выходы стабилизаторов напряжения соединеныы посл едовател ьно.

На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя: на фиг. 2 — показана схема обмоток преобразователя; ка фиг. 3 — показаны векторные диаграммы, поясняющие работу преобразователяя.

Предложенный преобразователь угол-фаза со. 1О держит ротор 1 и статор 2 (фиг. 1). На роторе размещены синусная с выводами 3, 4 и косинусная с выводами 5, 6 входные многополюсные обмотки, схематически представленные в виде меандров (фиг. 2) радиальные участки 15 которых представляют собой активные участки обмотки, уложенной в пазы магнитокровода (на чертеже не показаны). На статоре 2 размещена сикусная многополюсная обмотка, выполненная в виде и отдельных секций (на фиг. 20

1 и 2 показана обмотка из 4-х секций) с соответствующими выводами 7, 8; 9, 10; 11, 12;

13, 14 и косинусная многополюсная обмотка, также выполненная в виде и секций с внешними выводами 15, 16; 17, 18 19, 20; 21, 22. 25

Входные синусная и косинусная обмотки рото-., ра 1 (выводы 3, 4; и 5, 6 на фиг.1) подключены к источнику 23 двухфазного питающего напряжения. Секции синусной и косинусной выходных обмоток подключены к первым вхо- ЗО дам 2о стабилизаторов напряжения 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, вторые входы которых подключены к задатчику 32 уровня стабилизируемого напряжения. Выходы всех стабилизаторов соединены последовательно и образуют выход преобразователя "угол-фаза".

При подаче двухфазного напряжения на обмотки ротора 1 в воздушном зазоре между ротором

1 и статором 2 образуется вращающееся магнит40 ное поле. При этом с секций выходной синусной обмотки статора 2 скимается напряжение, фаза котоРого Ра1п пРи идеальном выполнении преобразователя, равенстве и ортогональности составляющих двухфазного питающего напряже45 ния изменяется по закону

Фз 11 п= " Р где а — угол поворота ротора, р — число пар полюсов обмотки ротора (коэффициент электрической редукции преобразователя,на фиг. 2, p=16}.

$0

С секций выходной косинусной обмотки статора 2 снимается напряжение, фаза которого рсоа изменяется по закону

СОЯ 1 2

Выходные напряжения частей синусной и косинусной выходных обмоток для частного значеI / ния а показаны на фиг.За векторами ОА и ОВ

Суммарное выходное напряжение при последова708141 тельном соединении частей обмоток представлено вектором ОС. Лля реального преобраэоваI теля угол-фаза вследствие неравенства коэффициентов трансформации и неортогональности обмоток выходные напряжения частей синусной и косинусной обмоток, обозначенные векторами 0А и ОВ сдвигаются на равные, но противоположные по знаку углы Ь р и Ьр при

А „Э этом амплитуды данных напряжений оказываются неравными (ОВ)ОА). Суммарное напряжение, обозначенное вектором ОС, в этом случае оказывается сдвинутым по фазе относиt тельно идеального вектора ОС на величину погрешности Ьрс, которая изменяется 2р раз при повороте ротора на угол а=2п. Если напряжения ОА и ОВ стабилизировать по амплитуде с помощью стабилизаторов напряжения до заданных величин 0A — ОВ (фиг. Зб), то суммарtt ный вектор ОС по фазе совпадает с идеальF ным вектором ОС, т.е. погрешность Ьрс, обусловленная асимметрией обмоток и питающих напряжений будет равна нулю.

Причина появления длиннопериодной погрешности преобразователя обусловлена следующим.

Векторы ОС и ОС (фиг. Зв) двух суммированных напряжений диаметрально противоположных частей выходных обмоток (например, обмоток с выводами 7, 8; 15, 16; и 11, 12;

19, 20) сдвинуты на одинаковые, но противоположные по знаку тлю Ь и Ьр . Данные а фазовые сдвиги обусловлены, например, неравномерностью нанесения полюсов обмоток ротора вследствие эксцентриситета, допущенного при установке заготовки ротора на станок для нарезания шлицов магнитопровода1 При равномерном воздушном зазоре между рото ром 1 и статором 2 суммирование векторов

1 t

ОС< и ОС определяет идеальное положение вектора OCЗ выходного напряжения. Это

/ . положение соответствует также условию р„= <р =О, когда полюса нанесены равномерно, Смещение статора, например, из-за эксцентриситета установки, приводит к тому, что воздушный зазор в месте расположения обмоток с выводами 7, 8; 15, 16 увеличивается, а в месте расположения обмоток с выводами 11, 12; 19, 20 уменьшается. Вследствие этого

t вектор ОС„уменьшается до ОС„, а вектор

ОС увеличивается до ОС . Суммирование

1 таких векторов дает вектор СК,который

I сдвинут относительно идеального .вектора ОСЗ на величину погрешности Ьрз, изменяющейся с периодом оборота ротора. Стабилизаторы напряжения 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 и 31 стабилизируют векторы OCI и ОС на одина ковом заданном от задатчика уровне ОС =ОС2

tt И (фиг. Зг). При этом суммирование их с помощью последовательного соединения выходов та708141

40

5 е билизаторов дает вектор. ОСэ, совпадающий с

) идеальным вектором ОСэ, т.е. для данного частного случая Ьрэ=0.

Следует отметить, что степень компенсации длиннопериодной погрешности в соответствии с описанным принципом действия зависит от принятого числа и частей обмоток преобразователя. Так при п=4 длиннопериодная погрешность уменьшается в 5 раз, при n=6 — в 10 раз, при о=8 — в 20 раз. Таким образом для эффек-10 тивного снижения дпиннопериодной погрешности на практике достаточно пользоваться числом

n=6. Например, современные многополюсные преобразователи "угол-фаза" обладают длиннопериодной погрешностью 5 угловых секунд при де- 15 фектах изготовления и монтажа порядка 0,01мм.

° При использовании предложенной схемы с

n=6 их длиннопериодная погрешность будет составлять 0,5 углбвых секунд. Использование

n)4 — 6 нецелесообразно, так как приводит .к усложнению схемы, ввиду увеличения числа стабилизаторов напряжения и выводных концов обмоток.

Существенным достоинством предложенного

25 преобразователя является также уменьшение погрешностей, обусловленных нерабочими смещениями ротора и статора вследствие деформащж конструкции объекта, в котором установлен преобразователь. Зто повышает стабильность

30 работы преобразователя, В качетсве стабилизаторов напряжения могут быть использованы, например, усилители с регулируемым от источника (задатчика) постоянного напряжения коэффициентом усиления.

Таким образом предложенныи преобразова35 тель "угол-фаза позволяет на порядок уменьшить одну из определяюших погрешностей современных многополюсных преобразователей угла поворота вала — длиннопериодную погрешность, обусловленную дефектами изготовления, монтажа и нерабочими смещениями в процессе эксплуатации. Выходная информация преобразователя представлена фазовым сдвигом выходного напряжения, пропорциональным углу поворота ротора и коэффициенту электрической редукции, что позволяет применять для кодирования угла поворота стандартные частотомеры в режиме измерения временного интервала.

Зкономический эффект от использования предложенного технического решения обусловлен указанными выше техническими преимуществами.

Формула изобретения

Преобразователь угол- фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусиый врашаюшийся трансформатор, входные сину ная и косинусная обмотки которого подключены к источнику двухфазного напряжения, а выходные синусная и косинусная обмотки выполнены в виде и секций с внешними выводами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введено 2п стабилизаторов напряжения и задатчик уровня стабилизируемого напряжения, выход которого соединен с одними входами стабилизаторов напряжения, другие входы которых соединены соответственно с первыми и третьими внешними выводами секций выходных синусной и косинусной обмоток, вторые и четвертые внешние выводы которых соединены между собой и подключены к общей шине, выходы стабилизаторов напряжения соединены последовательно.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Зверев А. Е. и др. "Преобразователи угловых. перемещений в цифровой код", "Знергия", 1974, стр. 85 — 92.

2. Авторское свидетельство СССР N 399896, кл. G 08 С 9/04, 1971, (прототип).

708141 а A

Г

4 !

С

l

А" с

/ 1

l

1вй а

1 ! g

/ 1

/)(1

aY > з

М Риг. 3 Составитель И. Назаркина

Техред М. Келемеш Корректор Е. Папп

Редактор M. Минаев

Заказ 8469/33

Тираж 801 Подписное

UHHH1IH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород; ул. Проектная, 4