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角位移传感器
发表时间:2018/9/10
圆感应同步器的工作方式

摘要:感应同步器是一种多极感应元件是利用电磁感应原理,轴系转动时产生交变磁场两相电压的时间相位相同,而幅值可知变量ψD作正余弦变化,连续绕组输出电势,具有不变的相位,而且大小则随转角量可知变量作正余弦变化,如果改变可知变量,便输出电势为零,角位移等于可知变量,所得的可知变量也就是测出的角位移。
关键词:电磁感应;角位移;误差补偿;
感应同步器是一种多极感应元件,由于多极结构对误差起补偿作用,所以元件具有很高的精度,圆感应同步器的结构由定子、转子组成,定、转子都是由基板、绝缘层、绕组构成。在转子(或定子)绕组的外面贴有一层与绕组绝缘的接地屏蔽层,基板是呈环形材料为硬铝,绕组为铜箔做成,屏蔽层用铝箔做成。
转子绕组做成连续式的称为连续绕组,它由有效导体、内端站和外部构成,有效导体共有N根,N边是圆感应同步器的极数,定子绕组做成分段式称为分段绕组也称正余弦绕组。它们分别A相与B相,K称为一相组数,每组由M根有效导体及相应的端部串联构成,属于同一相的各组用连续连成一相,定子转子有效导体都呈辐射状,导体之间的间隔可以是等宽的也可以是扇条形。
感应同步器的两部分绕组相当于变压器的初级和次级线圈,它们都利用交变电势磁场和互感原理工作。圆感应同步器连续绕组两相邻导体中心线之间的距离称为极距用符号τ表示,随着半径的不同极距是变化的,τ可用电弧度来表示,这时τ=π,分段绕组相邻导体之间的距离称为节距以符号τ1表示,τ2可以等于τ或其他值,在此
τ1=τ2。如果连续绕组中通以频率为f的定值交流电流ι,则将产生同频率的一定幅值和交变磁场,在某一瞬间电流方向逆时针产生的磁通ψ方向则分别向里向外,B相导体所链交变磁场为零,如将B相导体向一个方向移动,则交变磁链将增加,达到某一位置时磁链为最大,如再来继续移动,交变磁链将继续减小直至零,然后再反相增加,依此类推,每移动两个极距便作一周期变化,所以B相导体组将感应一次交变电势,其大小随着绕组间的相对移动以两位极距2τ1为周进行变化,在理想情况下这个变化具有正弦或余弦的函数关系,如果移动的速度(角频率)远小于电流的频率,且给定适当的初始位置和移动方向,则B相导体组感应交变电势有效值可表示为:
                EB=EmsinaD
式中Em—输出电势幅值
     aD—连续绕组与分段绕组之间的偏离角度
如用机械角度(弧度)表示时,也可以表示为:
                EB=EmsinN/2a
以上公式表明B相导体组输出的感应电势以正弦函数关系反映圆感应同步器的机械角度或位移的变化,每经过一个极距,便出现一个零电位点简称零位,但这样的输出特征并不能用来检测任意角度,因为它只在零位附近有明确的意义,当达到正弦电势最大时就难以分辨角度,为此在B相各导体组之间插入A相导体并使两者的相应导体相隔为:
Nτ/2K=(a±1/2)τ
如果使两相绕组的导体组在空间上相位π/2电弧度,则称两绕组为正交,这时当一相绕组处于零位时,则另一相绕组将输出电势的最大值,用公式来表示,A相导体组的输出电势为:
EA=Emsin(Nτ/2K+aD)=Emsin[(a+1/2π+aD]=±EmcosaD
对应的B相绕组电势为EA=EmcosN/2a,在实际工作中一相的所有导体组是串联在一起的,因此EA、EB应是两相绕组的总输电势。有了两相输出变能确切反映一个空间周期内的任何角度的变化,为了检测出角度需要对信号进行处理,通过对信号的处理能精密测量出角位移量,其方式有鉴相和鉴幅两种。
鉴幅工作原则是利用感应同步器的输出电势的幅值随着转子和定子之间的相对位移呈正弦或余弦函数规律变化的原理进行工作的,连续绕组接电源;分段绕组接在函数变压器输入,函数变压器的作用是在输入电压按可知变量的正余弦函数作大小的变化,其输出电压为:
Usc=EBcosψD—EAsinψD
将前面公式代入得
          Usc=EmsinaDcosψD—EmcosψDsinaD
=Emsin(aDψD)
这样只有适当的改变ψD大小使输出电压为零,这时的变量ψD等于转角。分段绕组在信号变换器等各种分压器或旋转变压器等变压器具有两对输入、一对输出,其作用是将输出信号按可知变量ψD作正、余弦函数变化后相加成为输出信号,只要知道了Usc为零时的变量ψD也就求得了机械ad与转角位移。
鉴相工作原理是利用感应同步器在一定的激磁条件下其输出电势和激磁电压之间的相位差随着定转子之间的位移成线性关系的原理进行工作的,连续绕组接电源,分段绕组输出,并将移相电路Yx上,Yx的作用是将EB在时间上移相π/2然后与EA相加,于是得出电压相应变换器将两输入分别转过ψ0和ψ0+π/2后相加减。
Usc=ιEB+EA
=Em(ιsinaD+sinaD)
=EmeιaD
这样转角便转变为输出电压的相位了,如测出的相位也就测出的转角。
分段绕组激磁、连续绕组输出、分段绕组分别在时间相位上相差90°的两相电源供电,随原副端之间的相对移动,连续绕组输出电势的幅值不变,而相位随着转角作变化,所以测出了相位也就得出了机械角度。
函数发生器供电,两相电压的时间相位相同,而幅值可知变量
ψD作正余弦变化,连续绕组输出电势,具有不变的相位,而且大小则随转角量可知变量作正余弦变化,如果改变可知变量,便输出电势为零,角位移等于可知变量,所得的可知变量也就是测出的角位移。
参考文献:角位移传感器
 

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