Индукционный электромашинный многополюсный двухфазный фазовращатель Советский патент 1989 года по МПК H02K24/00 

iu&

ешгА,

Фие.1

gbfx

J&

Изобретение относится к электро- Иашинам автоматических устройств и может быть использовано в качестве датчика угла для линейного преобразо- вания угла поворота в фазу выходного напряжения в фазовых следящих системах и в аналого-цифровых преобразова- телях класса угол-фаза-временной ин- |тервал-код.

I Цель изобретения - повышение точ- |ности преобразования угла поворота в |фазу выходного напряжения в двухфазных многополюсных злектромашинных фазовращателях (ФВ) путем частичной I компенсации фазовой погрешности вве- i дением регзшировочной фазовой погреш I нести, ПРОТИВОПОЛОЖНОЙ по знаку ос- 1новной погрешности.

J На фиг.1 изображена принципиаль- : ная схема фазовращателяj на фиг,2 - ; экспериментальные кривые фазовой по- : грешности до введения регулировочных элементов (С) и после введения регулировочных .элементов (D) . ; Фазовращатель содержит синусо- ; идально распределенные квадратурные обмотки 1 и 2 возбуждения, синусоидально распределенную обмотку 3 опорного напряжения, выходную сосредо- точенную обмотку 4 типа зубец-полюс, регулировочный элемент, содержащий элементы 5 и 6 сопротивления. Обмотка опорного напряжения через регулировочные элементы подключена к об- моткам возбуждения.

Обмотки возбуждения питаются от двухфазного источника питания двумя синусоидальными напряжениями, рые должны быть равны по амплитуде и сдвинуты по фазе на 90. Например, на обмотку 1 подается напряжение

U sinWt, напряжение

а на обмотку 2 подаU2

cosW t. Для

hi

режима холостого хода в идеальном случае, т.е. при отсутствии погрешностей как поворотного трансформатора, -так и источника питания, фазовая погрешность отсутствует, поэтому подключение регулировочных элементов 5 и 6 не требуется, а выражение для выходного напряжения имеет вид

Ц

40(

,sin(a) t - у, - v

I ,-(1)

и

(fu)m

м

на-амплитуда выходногопряженияi

-круговая частота напряжения питания;

Vf . х ctgX , ,Г

-фазовый угол между током и напряжением питания,-индуктивное и активное . сопротивление фазы обмотки возбуждения;

-число пар полюсов ФВ;

-угол поворота ротора ФВ. Фаза напряжения выходной обмот4, отсчитьшаемая относительно фанапряжения опорной обмотки 3,рав

Р of

Ч,,

-Рс(.

(2)

Возможны отклонения от идеальных значений параметров двухфазного источника питания и параметров поворот- ного трансформатора и тогда возникает фазовая погрешность - отклонение от линейного закона преобразования yrns поворота в фазу выходного напряжения ФВ AU -If- IP, .

. X-f-JjifqKT (4-3) рЧСч

,(3)

где if - фактическое (экспёри- ментапьное) значение фазы напряжения выходной обмотки ФВ{

Ц7 - расчетное (идеальное) значение фазы напряжения выходной обмотки ФВ.

Для многополюсных двухфазных ФВ определяющей погрешностью является фазовая погрешность интервалов

--- , которая в первом приближении

описывается гармоническим рядом,имеющим вид

г ЛЦ A cosPrf+ в; 81пРо + A2COs2Po(+

+ B sin2-Po(

(4)

где АО,А,В,

г

В,

- соответствующие коэффициенты ряда Фурье данной функции dtf. В свою очередь в составе фазовой погрешности интервалов определяющее значение имеют постоянная составляющая Ад и вторые гармоники А и Bjj, т.е. часть погрешности ФВ, определяемая выражением

ЛЧ

Аа+ A cos2Po(+ B,jsin2Po(. (5)

51495942

Для частичной компенсации фазовой погрешности интервалов искусственно ке создают регулировочную фа зовую погрешность, противоположную по знаку и и близкую по величине основной фазо- 5

ную

вой погрешности а if., путем подключения соответствующих регулировочных элементов Zj и Z/ .

Подключение регулировочных элементов Zj и Z на создание регулировочной фазовой погрешности влияет следующим образом,Учитывается регулировочная фазовая погреишость, вносимая только за счет индуктивной связи выходной обмотки с обмоткой опорного напряжения при протекании по ней тока, в результате подключения регулировочных элементов Z j

Рассмотрим случай, когда в качестве регулировочного элемента Zj- включен резистор R, а элемент Z f отсутствует, т.е. случай, когда Z

20

R

5

Известная методика определения фазовой погрешности d(f основана на выделении сигнала ошибки U4 из общего выражения выходной ЭДС U.

В соответствии с этой методикой, если U4 U(4o+ -зи,, , где U4o Ц .sin (Ы t +0 ) - выходная ЭДС

С40|1

для идеального случая, а aU4 (u)t +0), то при малых значениях Л tf, когда , -й

йс, Шл1 sin (e-t-e,), (6)

(40;.

где dtf- фазовая погрешность в.электрических радианах. В предлагаемом фазовращателе до- . полнительное напряжение (сигнал ошибки) U4-3 индуктированное в выходной обмотке 4 за счет протекания тока по обмотке 3 опорного напряжения, подключенной через резистор R5 ЕЗ к напряжению питания U, Uf|,sintot, имеет вид

/JU4-3 44-3) %-эР

RJ (4-Э)тт,

ш-1плитудное значение напряжения питанияJ максимальное значение согде

Л1Тл

%-31т --

Ub25

30

35

40

50

V,

(1-3)

00 с учетом (6) : ±. +А coslPcl ± В ,

(8

10

где А 4Uci-J)hl (49) fT,

; (9)

sin(v,+tf(,.3j) 15

В

(,.,,).

4

при Z со и

(10)

RJ выражение для

регулировочной фазовой погрешности имеет вид

%-зГ ° 2Pc/f Bsin2Po. (11) ,Тля случая, когда в качестве регулировочного элемента Zg включен конденсатор емкости С, а элемент

Хс X.

Z отсутствует, т.е. когда л ..х, где Xj.g 1/W Cf, а Z оо выражение для регулировочной фазовой погреш ности идентично выражению (11) для

Z. R

б

а Z,

случая, когда

При Z Xci и Zf выражение для регулировочной фазовой погрешности имеет вид

4if(..j, tA t А cos2PcC± Bsin2Po/.(l2)

Как видно из сравнения с выражением (8), погрешность (12) имеет противоположном знак по сравнению с погрешностью (8).

Путем включения двух одинаковых резисторов как видно из сложения выражений (7) и (10), можно получить g выражение регулировочной погрешности без синусной составляющей:

d(

(+-3)

2А - 2А cos2Pc.

(13)

А путем параллельного включения одинаковых по величине сопротивления резистора R и конденсатора С,т.е,

Ч4-3)т

V3

при Rg Xj.j, а Zf 00, как видно из сложения выражений (10) и (11),

противления взаимоиндук- 55 получить выражение регулировочции между обмотками 4 ой погрешности без косинусной сосPJ 3 тавляющей

фазовый угол между напряжениями и 4- 3 и и ,

l/U(4 - ЗГ

2Bsin2Pef.

(14)

ке и

б

Из выражений (1) и (7) по методи- С-6) можно определить регулировочную фазовую погрешность при Z R

00 с учетом (6) : ±. +А coslPcl ± В ,

(8)

где А 4Uci-J)hl (49) fT,

; (9)

sin(v,+tf(,.3j) 15

В

(,.,,).

4

(10)

при Z со и

RJ выражение для

регулировочной фазовой погрешности имеет вид

%-зГ ° 2Pc/f Bsin2Po. (11) ,Тля случая, когда в качестве регулировочного элемента Zg включен конденсатор емкости С, а элемент

Хс X.

Z отсутствует, т.е. когда л ..х, где Xj.g 1/W Cf, а Z оо выражение для регулировочной фазовой погрешности идентично выражению (11) для

35

Z. R

б

а Z,

случая, когда

При Z Xci и Zf выражение для регулировочной фазовой погрешности имеет вид

40

4if(..j, tA t А cos2PcC± Bsin2Po/.(l2)

Как видно из сравнения с выражением (8), погрешность (12) имеет противоположном знак по сравнению с погрешностью (8).

Путем включения двух одинаковых резисторов как видно из сложения выражений (7) и (10), можно получить g выражение регулировочной погрешности без синусной составляющей:

d(

(+-3)

2А - 2А cos2Pc.

(13)

50

А путем параллельного включения одинаковых по величине сопротивления резистора R и конденсатора С,т.е,

при Rg Xj.j, а Zf 00, как видно из сложения выражений (10) и (11),

l/U(4 - ЗГ

2Bsin2Pef.

(14)

Таким образом, путем изменения величин сопротивления R и Х, регулировочных элементов и Z и комби- Нации схем их включений можно измерять как величину, так и знак регулировочной фазовой погрешности и таким путем осуществлять компенсацию постоянной составляющей и второй гармоники разовой погрешности интервалов ФВ, описываемой гармоническим рядом (4).

Повышение точности ФВ в случае вве цения регулировочных элементов подтверждается графически (фиг.2) экспериментально снятыми кривыми на образ- це ФВ с наружным диаметром Т)„ 50 мм и с числом пар полюсов Р 32, где } - кривая зависимости фазовой погрешности в первом интервале от угла поворота ротора ФВ, снятая до введения регулировочных элементов, а D - ана- погичная кривая, снятая на том же № после введения регулировочных эле- чентов Pj 1,5 кОм, Р 10 кОм.Как видно из сравнения кривых С и D |(фиг,2), максимальное значение фазо- ой погрешности уменьшается в 2,7 ра- |за (с 0,87 эл.град. угла до 0,32 Ьл. град. угла).

ф Ормула изобретения

1. Индукционный электромашинный | ногополюсный двухфазный фазовраща- |гедь, содержащий подвижный и неподвижный элементы, на одном из которых Установлены две квадратурные синусоидально распределенные обмотки возбуждения и смещенная относительно ню{

0 5

0

5

на 45 эл. град, синусоидально распределенная обмотка опорного напряжения, а на другом - выходная обмотка, отличающийся тем что, с целью повьпиения точности преобразования угла поворота в фазу выходного напряжения, он снабжен регулировочным элементом, а обмотка опорного напряжения подключена к обмоткам возбуждения через регулировочный элемент.

2.Фазовращатель по п.1, о т л и- чающийся тем, что регулировоч- ньй элемент выполнен в виде резистора.

3.Фазовращатель по п.1, отличающийся тем, что регулировочный элемент выполнен в виде конденсатора.

4.Фазовращатель по п.t, о т л и- ч а ю щ и и с я тем, что регулировоч - ный элемент выполнен в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, точка соединения которых подключена к обмотке опорного напряжения, а другие концы последовательно соединенных резистора и конденсатора соединены с концами обмоток возбуждения .

5.Фазовращатель по п.1, о т л и- чающийся тем, что регулировочный элемент выполнен в виде последовательно соединенных резисторов, точка соединения которых подключена к обмотке опорного Напряжения,- а другие концы последовательно соединенных резисторов соединены с концами обмоток возбуждения.

«

Изобретение относится к электромашинам автоматических устройств и может быть использовано в аналого-цифровых преобразователях класса угол-фаза-временной интервал-код. Целью изобретения является повышение точности преобразования угла поворота в фазу выходного напряжения, индукционный электромашинный многополюсный двухфазный фазовращатель содержит подвижный и неподвижный элементы (ротор и статор), на одном из которых установлены две квадратурные синусоидально распределенные обмотки 1 и 2 возбуждения и смещенная относительно них на 45 град. электрического угла синусоидально распределенная обмотка 3 опорного напряжения, а на другом - выходная обмотка 4. Опорная обмотка подключена через регулировочные элементы, содержащие резисторы 5 и 6 или конденсаторы, к обмоткам возбуждения. Это позволяет частично компенсировать фазовую погрешность путем введения регулировочной фазовой погрешности, противоположной по знаку основной погрешности фазовращателя. 4 с.п.ф-лы. 2 ил.

/

еч1

CsJ

N