Датчик угловой скорости Советский патент 1985 года по МПК G01P3/46 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к конструкциям электромеханических измерительных преобразователей частоты вращения. Целью изобретения является упрощение конструкции датчика и снижение уровня пульсаций выходного напряжения в широком диапазоне частот На фиг. 1 изображена принципиаль ная схема тахогенератора, на каждом из полюсов которого установлено по одной секции обмотки, охватывающей один полюс; на фиг. 2 - то же, при установке различных обмоток секции которых охватывают один, два или три полюса; на фиг. 3 - схема тахогенератора в случае, когда компенсация пульсаций осуществляется с использованием одной секции обмот ки, укрепленной на полюсе; на фиг.4 то же, компенсация пульсаций осуществляется с использованием двух секций обмотки, соединенных между собой последовательно-встречно; на фиг. 5 - диаграммы вьпсодного напряжения тахогенератора («), вькодного напряжения секций обмотки (б,в) тах генератора, показанного на фиг. 1, выходное напряжение этих секций (г) соединенных по схеме, приведенной на фиг. 4; переменная составляющая выходного напряжения датчика при полностью скомпенсированной высокочастотной составляющей () и переме ная составляющая датчика при полностью скомпенсированной низкочастотной составляющей (е). Тахогенератор постоянного тока содержит якорь 1 и магнитную систему 2 с полюсами 3-8 возбуждения, на которых установлены секции 9-14 обмотки, охватьшающие по одному полюсу 3-8 (фиг. 1 и 2) или секции 15 и 16, охватывающие по два полюса соответственно 3, 8 и 5, 6 (фиг. 2) или секции 17, охватывающие по три полюса 3, 4 и 5 (фиг. 2). Некоторые из секций 9-17 обмотки подключены к входу согласовывающего элемента 18, выход которого последовательно соединен с якорем 1 тахогенератора и сопротивлением нагрузки 19. При этом к входу согласовывающего элемента 18 подключена или одна из секций 9-17 (на фиг. 3 показана подключенной секция 11), или две се ции, соединенные между собой после80довательно-согласно или последовательно-встречно (на фиг. 4 секции 9 и 11 соединены последовательновстречно) , или большее количество соединенных между собой секций обмотки. Номера секций 9-17, которые должны быть подключены к входу согласовьшающего элемента 18, их количество и схему соединения между собой определяют экспериментально путем синтезирования такого сигнала источника переменного тока, который обеспечивает получение заданного спектрального состава пульсации выходного напряжения датчика ча.стоты вращения. При вращении якоря 1 с частотой U) в его обмотке наводится ЭДС Е, мгновенная величина которой зависит от углового положения якоря относительно системы возбуждения й и для момента времени t определяется уравнением , + .ч где - постоянная составляющая ЭДС якорной обмотки при частоте вращения uJ, А - амплитуда д) -и гармоники переменной составляющей (пульсации) ЭДС якорной обмотки при частоте вращения якоря ц), +4- ; у, - начальная фаза О -и гармоники переменной составляющей ЭДС якорной обмотки. В секциях 9-17 в это же время наводится ЭДС, величина которой равна ) 2 Aj.- sinoC (2) Vl где - амплитуда л)-и гармоники ЭДС i-й катушки при частоте вращения якоря со , i 1,2, ,...,2р- номер катушки в порядке их расположения по окружности системы возбуждения , начиная с любой произвольно взятой Р - число пар полюсов системы возбужденияJ ot -Owt +(f. i f,- начальная фаза. л)-й гармоники i-й катушки, величина которой при наличии в тахогенераторе только однотипных катушек может быть определена как

Г ,. 2ЙР,Я(1- 1),

/1, - начальная фаза -О -и гармоники для первой катушки; Ff - оператор вьщеления дробной части смешанной дроби л)(1 - 1)/2р.

При этом в выходном сигнале каждой из секций 9-17 содержатся все гармоники, содержащиеся в выходном сигнале тахогенератора, так как появление и тех и других обусловлено одними и теми же факторами, но их начальные фазы и и амплитуды А(| и А ; отличаются. Если путем подбора из числа секций 9-17 выбрана такая секция или несколько секций, которые, будучи соединены между собой, создают переменный сигнал, начальные фазы -х гармоник Ч отличаются от начальных фаз V соответствующих им -х гармоник переменного сигнала якоря тахогенератора на рад., а с помощью элемента 18 согласования достигнуто равенство амплитуд А q и А.|, то пульсация напряжения на сопротивлении нагрузки 19 равна нулю. Учитывая большую дискретность

изменения ) , особенно при малом числе р , и наличие различного ряд технологических погрешностей, наиболее просто решается задача полного подавления одной или нескольких наперед заданныхгармоник выходного сигнала тахогенератора при одновременном существенном снижении других гармоник. Полное подавление всех гармоник сопряжено с необходимостью установки большого количества разнотипных секций обмоток и сложностями синтеза выходного сигнала источника переменного тока компенсационного узла.

Для примера (фиг. Зя) показана Диаграмма переменной составляющей ЭДС якорной обмотки техогёнератора с 2 р 6 и числом зубцов якоря Z 13, при этом принято, что пульсация ЭДС имеет две гармоники: оборотную (4 1) и зубцовую () Z 13). Эта диаграмма в соответствии с формулой (1) описывается уравнением

Д7 Е 4sin u)t + 10 sin (13u)t + г)

(3)

т. е. принято, что АЛ, 4, А,, %-| О, -38«/39. Используя схему установки секций, показанную на фиг. 1, уравнение ЭДС любой из секций 9-14 в соответствии с формулой (2) можно записать в виде

Е )t + (21 + 1) + + 8sin l3wt + |-(2i - 3) , (4)

т. е. принято, что для всех секций А 6 и A(,j 8, а фазовые сдвиги для катушек равны указанным в таблице.

При последовательно-встречном соединении (фиг. 4) секций 11 и 13, диаграммы ЭДС которых соответственно показаны на фиг. 56 и в, получен результирующий сигнал Е, описываемьй уравнением

Е + (Г) + 14з1п(13И: +

10.

-giO,

(5)

диаграмма которого показана на фиг. 5 .

Обе гармоники 1) 1 и л 13 сигналов Ej и Ец находятся в противофазе, но имеют различные амплитуды, при этом

Ая1 4 , 10 ,

/ t

14

45-15

что исключает одновременную полную компенсацию обеих гармоник, но может быть достигнута полная компенсация зубцовой гармоники -0 13, и выходно сигнал датчика частоты вращения имеет вид, показанный .на фиг. 5д, который описывается уравнением

u).2,3sin(u)t + ),

или же полная компенсация оборотной

гармоники (,i 1),. тогда выходной сигнал датчика имеет вид, показанный на фиг. 5е, который описывается уравнением

3,75sin(13u)t + Ь

В обоих случаях достигнуто полное подавление одной из гармоник при

одновременном снижении другой. Кроме того, возможны промежуточные варианты, когда в выходном сигнале присутствуют обе гармоники, но со значительно меньшим уровнем, чем у тахогенератора без компенсирующего устройства.

.Формула изобретения

Датчик угловой скорости, содержа1ций тахогенератор, связанный через

согласующий элемент с компенсационным узлом подавления пульсаций, отличающийся тем, что,

с целью упрощения его конструкции и снижения уровня пульсаций, компенсационный узел подавления пульсаций выполнен в виде дополнительной обмотки, секции которой рассредоточены по полюсам возбуждения, соединены между собой согласно или(и) встречно и подключены к входу согласующего элемента.

Изобретение относится к электромеханическим измерительным преобразователям частоты вращения и позволяет упростить конструкцию датчика и снизить уровень пульсаций выходного напряжения в широком диапазоне частот. Тахогенератор датчика содержит якорь и магнитную систему с полюсами возбуждения, на которых рассредоточены секции обмоток, соединенные между собой согласно или (и) встречно и подключенные к входу согласующего элемента. Путем подбора нескольких секций создается при соединении их между собой переменный сигнал, начальные фазы гармоник которого отличаются от начальных фаз соответствующих им гармоник переменного сигнала якоря тахогенераi тора на л рад., а с помощью элеменсл та согласования достигается равенство их амплитуд, подавляется пульс сация напряжения на сопротивлении нагрузки. 5ил.

10

11

/7

ш

16

/S

Фиг. 3

«П

fi

Фие.