Преобразователь угол-фаза

Преобразователь угол-фаза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалкстмческмх

Республик (»»734506

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.10.77 (21) 2543794/18 — 24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.05.80. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 25.05.80. (51) М. Кл. 2 б О! Р 5/20

ГащАирстиаииый комитет

СССР (53) УДК 681.34 (088.8) IIII IoJQII иэовретений и открытий (72) Автор изобретения

Е. А. Артюхов (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-ФАЗА

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

Известен преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), синусная и косинусная входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напряжения (1) .

Недостатком такого преобразователя, называемого двухфазным фазовращателем, является погрешность, обусловленная асимметрией двухфазного питающего напряжения, неравенством, коэффициентов трансформации и неортогональностью обмоток.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный

СКВТ, синусная и косинусная входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напряжения, а синусная и косинусная выходные обмотки выполнены из секций. Один вывод каждой секции синусной выходной обмотки соединен с первым входом соответствующего стабилизатора на2 пряжения, один вывод каждой секции косийусной выходной обмотки соединен с общей шиной. К вторым входам стабилизаторов напряжения подключен выход задатчика уровня напряжения, выходы стабилизаторов соединены последовательно (2).

Недостаток этого устройства состоит в сравнительно невысокой точности преобразования.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя угол-фаза.

1о Поставленная цель достигается 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 — структурная схема преобразователя; на фиг. 3 и 4 — векторные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Предложенный преобразователь угол-фаза содержит ротор 1, статор 2 (фиг. 1) .

На роторе размещены входные синусная обмотка с выводами 3, 4 и косинусная об734506 мотка с выводами 5, 6, схематически представленные в виде меандров, радиальные участки которых представляют собой активные участки обмотки, уложенные, например, в пазы магнитопровода (не показаны). На статоре размещена синусная многополюсная обмотка, выполненная из и отдельных секций (на фиг. 1 и 2 из четырех секций) с соответствующими внешними выводами

7 — 14 и косинусная многополюсная обмотка, также выполненная из п секций с внешними выводами 15 — 22. К смежным секциям выходных синусной и косинусной обмоток статора 2 (фиг. 2) подключено п RC-цепей (на фиг. 2 показаны четыре цепи), первая из которых составлена из конденсатора 23 и резистора 24, вторая — из конденсатора 25 и резистора 26, третья — из конденсатора 27 и резистора 28 и четвертая — из конденсатора 29 и резистора 30. При этом конденсаторы и резисторы образуют с секциями синусной и косинусной обмоток мостовые схемы, одна из диагоналей которых образует выходы RC-цепей. Входные синусная и косинусная обмотки ротора 1 (выводы 3 — 6) подключены к источнику 31 двухфазного напряжения. Выходы RC-цепей под- ключены к первым входам стабилизаторов напряжения 32 — 35, ко вторым входам которых подключен выход задатчика 36 уровня стабилизируемого напряжения. Вь!ходы всех стабилизаторов соединены последовательно и образуют выход преобразователя угол-фаза.

При подаче двухфазного напряжения на обмотки ротора в воздушном зазоре между ротором и статором образуется вращающееся магнитное поле. При этом с секций выходной синусной обмотки статора сни мается напряжение, фаза которого «р sin при идеальном выполнении преобразователя, равенстве и ортгональности составляющих двухфазного питающего напряжения изменяется по закону

q sin = сс р, где a — угол поворота ротора, р — число пар полюсов обмотки ротора (коэффициент электрической редукции преобразователя, для фиг. 1 р = 16).

С секции выходной косинусной обмотки статора снимается напряжение, фаза которого icos изменяется по закону

<Р cos = ар + -- .

На фиг. 5 а векторами ОА и и ОВ обозначены соответственно выходные напряжения секций синусной и косинусной выходных обмоток для частного значения а

Суммарное выходное напряжение при последовательном соединении смежных секций обмоток представлено вектором 0C . Для реального преобразователя угол-фаза вследствие неравенства и неортогональности составляющих питающего двухфазного напряНа фиг. 4а проиллюстрирована причина появления длиннопериодной погрешности

« I преобразователя. Векторы ОС, и ОС z двух суммированных с помощью RC-цепей напряжений 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 Ь «р, и Ь «(ь, SS Данные фазовые сдвиги обусловлены, например, неравномерностью нанесения полюсов обмоток ротора вследствие эксцентриситета, допущенного при установке заготовки ротора на станок для нарезания шли4Q цов магнитопровода. При равномерном воздушном зазоре между ротором и статором суммирование векторов ОСI и ОС определяет идеальное положение вектора ОС 3 выходного напряжения. Это положение соответствует также условию щ = «(ь = О, ког4s да полюса нанесены равномерно. Смешение 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 вектор ОС, уменьшается до ОС,, а вектор

ОС увеличивается до ОС . Суммирование таких векторов дает вектор ОСз, который сдвинут относительно идеального вектора

ss ОС з на величину погрешности ЛЧ 4, изменяющейся с периодом оборота ротора.

1О

1S

25 жения, неравенства коэффициентов трансформации и неортогональности обмоток выходные напряжения секций синусной и косинусной обмоток, обозначенные векторами

ОА и ОВ, сдвигаются на,равные, но противоположные по знаку углы Л q>A и b «рв, при этом амплитуды данных напряжений оказываются неравными (ОВ оОА) . Суммарное напряжение, обозначенное вектором ОС, в этом случае оказывается сдвинутым по фазе относительно идеального вектора ОС на величину погрешности Ь «р«, которая изменяется 2р раз при повороте ротора на угол e = 2л. Однако, если векторы ОА и ОВ сложить, предварительно повернув их соответственно на углы

7Г и - - (фиг. Зб), то погрешность сдвига по

4Г ф фазе Л суммарного напряжения, обозначенного вектором ОС, относительно идеального вектора будет по сравнению с погрешностью Ь q>,величиной второго порядка малости (Лф ((Ь«р«) при малых исходных углах Ь «р„и Ь @ в, Таким образом практически исключается зависящая от угла поворота ротора погрешность, обусловленная несимметрией обмоток и питающего двухфазного напряжения. Поворот векторов на углы — - и — и суммирование произвоЧТ

4 4 дится с помощью RC-цепи.

На рис. 4б показана векторная диаграмма, иллюстрирующая действие стабилиза734506

S торов напряжения 32 и 34, стабилизирующих векторы напряжений ОС и ОС на одинаковом заданном от задатчика уровне

ОС > = OC . При этом суммирование их путем последовательного соединения выходов стабилизаторов дает вектор ОС, совпадающий с идеальным вектором ОС, т. е. для данного случая b

Степень компенсации длиннопериодной погрешности зависит от принятого числа п секций обмоток преобразователя. Так, при п = 4 длиннопериодная погрешность уменьшается в 5 раз, при и = 6 — в 10 раз, при n = 8 — в 20 раз. Таким образом, для эффективного снижения длиннопериодной погрешности на практике достаточно пользоваться числом п = 6. Например, современные многополюсные преобразователи угол-фаза обладают длиннопериодной погрешностью 5 угл. сек. при дефектах изготовления и монтажа порядка 0,01 мм. При использовании предложенной схемы с п = 6 их длиннопериодная погрешность будет составлять 0,5 угл.сек. Использование п 4 — 8 нецелесообразно, так как приводит к усложнению схемы ввиду увеличения числа RC-цепей стабилизаторов напряжения и выводных концов обмоток. Существенным преимуществом предложенного преобразователя угол-фаза является также уменьшение погрешностей, обусловленных нерабочими смещениями ротора и статора вследствие деформации объекта, в котором установлен преобразователь. Это повышает стабильность работы преобразователя.

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

Таким образом, предложенный преобразователь угол-фаза позволяет на порядок уменьшить одну из определяющих погрешностей многополюсных преобразователей угла поворота вала — длиннопериодную погрешность, обусловленную дефектами изго6 товления, монтажа и нерабочими смещениями в процессе эксплуатации. Выходная информация преобразователя представлена фазовым сдвигом выходного напряжения, пропорциональным углу поворота ротора к коэффициенту электрической редукции, что позволяет применить для кодирования угла поворота стандартные частотомеры в режиме измерения временного интервала.

Формула изобретения

Преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, синусная и косинусная входные обмотки которого под1$ ключены к источнику двухфазного напряжения, а синусная и косинусная выходные обмотки выполнены из секций, один вывод каждой секции синуслой выходной обмотки соединен с первым входом соответствующего стабилизатора напряжения, один выход каждой секции коси нусной выходной обмотки соединен с общей шиной, ко вторым входам стабилизаторов напряжения подключен выход задатчика уровня напряжения, выходы стабилизаторов напряжения соединены поИ следовательно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены RC-цепи, одни концы конденсатора и резистора каждой RC-цепи подключены к выводам соответствующей сек30 ции синусной выходной обмотки, другие концы — к выводам соответствующей секции косинусной выходной обмотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе д 1. Ахметжанов А. А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М., «Энергия» 1975, с. 67 — 68.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2539816/18 — 24 от 28.10.77, по которой принято положительное решение (прототип) .

734506 1; - гС б„

2 „1/т= ,,/

/

Составитель И. Назаркина

Редактор Т. Орловская Техред К. Шуфрич Корректор М. Вигула

Заказ 2153/46 Тираж 801 Подписное

UHHHllH Государственного комитета СССР по делам изобретений и откритий

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

Филиал ППП <Патент> г. Ужгород, ул. Проектная, 4