Технические измерения и приборы

Амплитудная ошибка

U* = ωc МL I / √(1+ (2 + cos2 ωt)/2).

Как следует из приведенных формул, однофазная схема питания вращающегося трансформатора принципиально вносит фазовую ошибку, величина которой прямо пропорциональна частоте вращения ротора.

В статическом режиме (ω = 0) выражение для выходного напряжения принимает вид

361

Для первой схемы, еще ее называют ФВ с вращающимся магнитным полем (рис. 10.6, а), условиями нормального функционирования являются равенства

где р – число пар полюсов ВТ.

Легко убедиться, что Uнга линейно зависит от угла р .

Для второй схемы ФВ, ее часто называют ФВ с пульсирующим магнитным полем (рис. 10.6, б), обычно выполняется первичное симметрирование Zf = Zk, а последовательно с обмотками а и b включают активное сопротивление R и емкость С, цепи этих обмоток соединяют параллельно и подключают к нагрузке Zнг. При условии

Rвых = Хвых, R + Rвых = 1/ωС – Хвых,

напряжение на Zнг постоянно по амплитуде и изменяется по фазе пропорционально углу р . Под Rвых и Хвых здесь понимаются выходные сопротивления (активное и индуктивное) вторичных обмоток ВТ без учета R и С.

Необходимо отметить, что приведенные на рис. 10.6 схемы даны только для пояснения принципа действия ВТ в режиме ФВ. Им присущи весьма серьезные недостатки. На практике они используются в значительно усложненном виде.

Отличительная особенность реальных схем ФВ состоит в том, что для достижения точности преобразования выше ±(2÷3) угл. мин используются только многополюсные ВТ. Но они позволяют однозначно определить угол поворота в пределах одного шага, равного 3600/р. Поэтому схемы усложняются за счет введения в них либо датчика грубого отсчета (двухполюсного ВТ), либо устройства, позволяющего отсчитывать число шагов многополюсного ВТ путем

362

фиксации моментов прохождения через нуль фазы выходного напряжения.

Возвращаясь к схеме рис. 10.6, а, нужно указать на два ее недостатка. Первый заключается в необходимости иметь прецизионный двухфазный источник питания, фазные напряжения которого с минимальными отклонениями были бы равны по амплитуде и сдвинуты по фазе на 90 . В настоящее время созданы источники питания, обеспечивающие разность амплитуд напряжений фаз менее 0,02 %, неперпендикулярность векторов фаз, не превышающую 1÷2 угл. мин,

исодержание высших гармоник в кривой напряжения не более 0,02 %. Однако сложность подобных источников питания позволяет рекомендовать схему ФВ с двухфазным питанием и однофазным выходом только в системах с централизованным источником питания

ибольшим числом однотипных преобразователей.

Для снижения требований к параметрам источника питания и исключения влияния на точность температурной нестабильности параметров ВТ применяется метод двойного преобразования.

Т а б л и ц а 1 0 . 5

Двухотсчетные фазовращатели

Примечания: 1. ТО – точный канал (отсчет). 2. 5ВТ-М – корпусного исполнения, остальные – бескорпусного.

363

Вторым недостатком схемы рис. 10.6, а является то обстоятельство, что первичные обмотки ВТ замкнуты на очень малое внутреннее сопротивление источника питания. В этом случае значительное влияние на точность преобразования оказывает индуктивная связь первичных обмоток. Разработка же схем многополюсных синусоидально распределенных двухфазных обмоток с минимальной индуктивной связью фаз является проблемной задачей и в настоящее время. Например, у ВТ серии ИФМ (табл. 10.5), предназначенных для работы в режиме ФВ по схеме рис. 10.6, а, с указанным дефектом связано 80÷85 % систематической погрешности.

Достоинством ФВ с однофазным питанием (рис. 10.6, б) является отсутствие особых требований к источнику питания, кроме стабильности частоты и синусоидальности напряжения. Однако необходимость индивидуального подбора резисторов и конденсаторов, включаемых на выходе ФВ, а также их нестабильность в эксплуатации в значительной степени ограничивают применение этой схемы.

Некоторое распространение получила схема ФВ с однофазным питанием, представленная на рис. 10.7, где РУ1, РУ2 – развязывающие усилители с большим входным сопротивлением. Введение РУ в схему приводит к тому, что ВТ работает в режиме холостого хода и, следовательно, отсутствует необходимость привязки значений R и С к параметрам обмоток ВТ. Условием нормального функционирования этой схемы является R = 1/ωС. Недостаток схемы (см. рис. 10.7) заключается в необходимости двух усилителей с идентичными параметрами.

Рис. 10.7. Электрическая схема ФВ с развязывающими усилителями

364

Наиболее перспективными схемами включения ВТ в режиме ФВ являются компенсационные схемы, позволяющие существенно повысить точность преобразования.

Если измерить фазы напряжений Ùнга и Ùнгb, а затем вычислить полусумму этих фаз, то погрешность преобразования определяется выражением

где ∆ m – амплитуда гармонической составляющей фазовой погрешности ФВ при использовании одной выходной обмотки; m – порядок гармонической составляющей, m = 1, 2, … .

Большинство видов асимметрии злектромагнитной системы ФВ и питающих напряжений вызывает гармоническую погрешность с порядком m = 2. Но при m = 2 имеем ∆ m = 0 и, следовательно, точность ФВ с двухфазной выходной обмоткой значительно выше, чем в обычном режиме. Недостатком схемы является необходимость удвоенного количества аппаратуры преобразования фазы в код.

Широкое распространение получили схемы ФВ с фильтром обратной последовательности и ФВ с модуляцией проводимости фазосдвигающих цепей.

Вращающиеся трансформаторы, установленные в станках на ходовой винт типа «винт – гайка», за рубежом принято называть резольверами. В станках с ЧПУ и роботах производства России нашли применение некоторые типы резольверов, разработанные в странах – бывших членах СЭВ, технические характеристики которых приведены в табл. 10.6

Т а б л и ц а 1 0 . 6

Технические характеристики резольверов

Тип и страна-изготовитель

365

10.1.1.5.Дистанционная система передачи угла

сиспользованием ВТ

На рис. 10.8 изображена принципиальная схема одноотсчетной трансформаторной дистанционной системы передачи угла, построенной на ВТ. Она состоит из датчика ВТД и приемника ВТП, встречно соединенные обмотки которых образуют цепи синхронизации. Следует отметить, что совсем не обязательно, чтобы в цепи синхронизации были включены у ВТД и ВТП вторичные обмотки а и b, как это иногда рекомендуется и имеет место на рис. 10.8.

Рис. 10.8. Электрическая схема трансформаторной дистанционной передачи

366

При подаче на обмотку возбуждения ВТД напряжения создается пульсирующий магнитный поток, который наводит ЭДС в его обмотках а и b. Под действием этих ЭДС в цепях синхронизации течет ток, который, протекая по обмоткам а и b ВТП, в свою очередь, создает пульсирующий магнитный поток в зазоре ВТП. Этот поток наводит ЭДС в его обмотке k, которая является выходной обмоткой всей схемы. В согласованном положении роторов ВТД и ВТП амплитуда выходной ЭДС равна нулю. При повороте ротора ВТД появляется сигнал рассогласования, который через усилитель подается на двигатель. Двигатель, механически соединенный с ротором ВТП, поворачивает его до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равным нулю, т.е. ротор ВТП повернется на угол, заданный ВТД. Если в качестве датчика использован ВТ с первичной симметрией, то ВТД можно рас-

сматривать как источник двух ЭДС Еcosαд и Esinαд с внутренним сопротивлением Zд, равным выходному сопротивлению ВТД.

При использовании простейшей схемы дистанционной передачи угла (см. рис. 10.8) ВТД и ВТП следует выбирать, исходя из следующих соображений.

Очевидно, что точность передачи угла будет тем выше, чем меньше погрешность ВТД и ВТП в режиме СКВТ, поскольку для ВТД и ВТП важны те же параметры, что и для СКВТ. Однако для обеспечения точности дистанционной передачи выбор ВТД и ВТП по их точностным характеристикам в режиме СКВТ недостаточен. Необходимо произвести согласование выходного сопротивления ВТД и входного сопротивления ВТП. Пары датчик– приемник должны быть подобраны так, чтобы была наибольшей крутизна выходной ЭДС и был максимальным коэффициент развязки Т= 1+К, где К – отношение входных сопротивлений приемника и датчика. Следует выбирать T ≥ 55. При этом для обеспечения требуемого коэффициента развязки в цепи синхронизации должны включаться у ВТД роторные обмотки, а у ВТП – статорные. Что касается двухотсчетных систем передачи угла, то для них можно рекомендовать многополюсные ВТ в сочетании с двухполюсными или двухотсчетные ВТ, параметры которых приведены в табл. 10.6.

367

В случае необходимости построения одноотсчетной системы передачи угла на бесконтактных ВТ можно использовать для этих целей серийные датчики типов 5БВТ и 2,5ББТ. Погрешность следования такой трансформаторной дистанционной передачи составит ±(1÷4) угл. мин для 5БВТ и ±(3÷10) угл. мин для 2,5БВТ. Под погрешностью следования в трансформаторной дистанционной передаче понимается разность угловых положений роторов ВТП и ВТД, находящихся в согласованном состоянии. Она определяется как полусумма абсолютных значений максимальных положений и отрицательной разности углов.

Т а б л и ц а 1 0 . 6

Вращающиеся трансформаторы для двухотсчетных систем передачи угла

368

ружных диаметрах. Так, при наружном диаметре 76 мм можно полу-

чить р = 180.

Главный недостаток индуктосина заключается в очень низком уровне его выходного сигнала. Если у многополюсных ВТ классической конструкции n = 0,2÷0,8, то у индуктосина n = (0,1÷0,2) 10–3.

Параметры отечественных индуктосинов серии ИПУ приведены

втабл. 10.7.

Взависимости от способа подачи напряжений, питающих индуктосины, выходные сигналы преобразователя могут иметь различную форму. Если напряжение подано на головку, то периодически изменяющийся сигнал смещается по фазе относительно питающих

напряжений или же сигнал изменяется по фазе на 180при достижении положения, заданного соотношением амплитудных значений питающих напряжений. Если напряжение подано на линейку и съем сигнала происходит с головки, то два сигнала сдвинуты друг относительно друга на 90 эл. град и имеют функциональную зависимость при перемещении головки относительно линейки.

Т а б л и ц а 1 0 . 7

Индуктосины серии ИПУ

Ниже приведены характеристики индуктосинов, применяемых в станках с аппаратными стойками ЧПУ.

Техническая характеристика линейных индуктосинов

370