Преобразователь угол-фаза Советский патент 1980 года по МПК G01B7/30 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-ФАЗА

1

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

Известен ггреобразозатель угол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, синусная и косинусная обмотки которого подключены к источнику двухфазного питающего напряжения (1. Одним недостатком такого преобразователя, называемого двухфазным фазовращателем, является погрещность, обусловленная асимметрией двухфазного питающего напряжения, неравенством коэффищ ентов трансформации и неортогбнальностью обмоток; друшм существенным недостатком данного преобразователя является по1реилюсть, обусловленная дефектами формы рабочих поверхностей ротора и статора, неточностью нанесения полюсов обмоток, эксцентриситетами установки и нерабочими смещениями ротора и статора. Основная составляющая этой погрешности изменяется с периодом, равным обороту ротора и поэтому названа длиннопсриодной погрешностью.

Наиболее близким техническим { ешением к данному устройству является преобразователь угол-фгза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, входные синусная и косинусная обмотки которого подключены к источнику двухфазного напряжения, а выходные синусная и косинусная обмотки выполнены в виде п секций с внеишими вьгаодами 2. Недостаток этого известного устройства состоит в невысокой точности в основном из-за асимметрии питающего напряжения.

Цель изобретения состоит в повыщении точности 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 другие входы которых соединены соответственно с первыми и третьими внегшшми вьгоодагуО секций выходных синусной и косинусной обмоток, вторые и четнсртыс внешние выводы которых соединены между собой и подключены к общей шине, выходы стабилизаторов напряжения соедлнеиы последовательно. На фиг. 1 приведена структурная схема преобразова1еля; на фиг. 2 - показана схема обмоток преобразователя; на фиг. 3- показаны векторные диа раммы, поясняющие работу преобразователя. Предаожекный преобразователь угол-фаза содержит ротор и статор 2 {фиг. 1). На роторе размещены синусная с выводами 3, 4 и косинусная с выводами 5, 6.входные многополюс шле обмотки, схематически представленные в виде меандров (фиг. 2) радиальные участки которых представляют собой активные участки обмотки, уложенной в пазы магнитопровода (на чертеже не показаны). На статоре 2 размещена синусная многополюсная обмотка, выполненная в виде п отдельных секций (на фиг. 1 и 2 показана обмотка из 4-х секций) с соот ветствующими выводами 7, 8; 9, 10; 11, 12; 13, 14 и косинусная миогополюсная обмотка, также выпо;шенная в виде п секций с внешними вьшодами 15, 16; 17, 18; 19, 20; 21, 22 Входные синусная и косинусная обмотки ротора 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 входам 2п 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 магнитное поле. При этом с секций ВЬЕХОДНОЙ синусной обмотки статора 2 снимается напряжение, фаза которого ри идеальном выполнении преобразователя, равенстве и ортогональности составляющих двухфазного питающего напряжения изменяется по закону где а - угол поворота ротора, р - число пар полюсов обмотки ротора (коэффициент электрической редукции прео6разователя,на фиг. 2,). С секций выходной косинусной обмотки ста тора 2 снимается напряжение, фаза которого изменяется по закону co. Выходные напряжения частей синусной и кос нусной выходных обмоток для частного значения Or показаны на фиг.За векторами ОАи ОВ Суммарное выходное напряжение при последова тельном соединении частей обмоток представлено вектором ос Для реального преобразователя угол-фаза вследствие неравенства коэффициентов трансформации и неортогональности 66моток выходные напряжения частей синуснойи косинусной обмоток, обозначенные векторами ОА и ОВ сдвигаются на равные, но противоположные по знаку углы Д (д и f(p , при этом амплитуды данных напряжений оказываются неравными (). Суммарное напря-. жение, обозначенное вектором ОС, в этом случае оказывается сдвинутым по фазе относительно идеального вектора ОС на величину погрешности AI/JC. которая изменяется 2р ра: при повороте ротора на угол . Если напряжения О А и ОВ стабилизировать по амплитуде с помощью стабилизаторов напряжения до заданных величин ОА-ОВ(фиг. 36), то суммарный вектор ОС по фазе совпадает с идеальным вектором ОС, т.е. погреипюсть iVc 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) сдвт{уты на одинаковые, но противоположные по знаку углы Aip, и Aip. Данные фазовые сдвиги обусловлены, например, неравномерностью нанесения полюсов обмоток ротора вследствие эксцентриситета, допущенного при установке заготовки ротора на станок для нарезания шпицов магнитопровода При равномерном воздушном зазоре междУ ротои статором 2 суммирование векторов СК и ОС2 определяет идеальное положение вектора ОС выходного натфяжения. Это положение соответствует также условию ifl. , 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 вектор ОС уменьщается до OCj, а вектор сю увеличивается до ОС. Суммирование таких векторов дает вектор ОС,,, который сдвинут относительно идеального вектора OCj на величину погрешности Ai/Ja. изменяющейся с периодом оборота ротора. Стабилизаторы напряжения 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 и 31 стабилизируют векторы OCi и ОС на одинаковом заданном от задатчика уровне (фиг. Зг). При этом суммирование нх с помощью последовательного соединения выходов-стабипизаторов дает вектор. ОС, совпадающий с вдеальным вектором OCj, т.е. для данного частного случая . Следует отметить, что степень компенсации дпиннопериодной погрешности в соответствии с описаннь1М принципом действия зависит от принятого числа п частей обмоток преобразователя. Так при дпиннопериодная погрешность уменьшается в 5 раз, при - в 10 раз при - в 20 раз. Таким образом для эффек тинного снижения дпиннопериодной погрешности на практике достаточно пользоваться числом . Например, современные многополюсные преобразователи угол-фаза обладают дпиннопери одной погрешностью 5 угловых секунд при дефектах изготовления и монтажа порядка 0,01мм При использовании предложенной схемы с их длиннопериодная погрешность будет сос тавлять 0,5 углбвых секунд. Использование нецелесообразно, так как приводит к усложнению схемы, ввиду увеличения числа стабилизаторов напряжения и выводных концов обмоток. Существенным достоинством предложенного преобразователя является также уменьшение погрешностей, обусловленных нерабочими смещениями ротора и статора вследствие деформации конструкции объекта, в котором установлен преобразователь. Это повышает стабильност работы преобразователя. В качетсве 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 уменьшит одну из определяющих 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. Экономический эффект от использования предпоженного технического рей1ения обусловлен указанными выше техническими преимуществами. Формула изобретения Преобразовательугол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусНый вращающийся трансформатор, входные синусная и косинусная обмотки которого подключены к источнику двухфазного напряжения, а выходные синусная и косинусная обмотки выполнены в виде п секций с внешними выводами, отличающийс 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. Б. и др. Преобразователи угловых, перемещений в цифровой код, Энергая, 1974, стр. 85-92. 2.Авторское свидетельство СССР № 399896, кл. G 08 С 9/04, 1971, (прототип).

itt гг 7

J9 n 18 O

Фш г

.11/

0ut.i

, Л/5

,