Курсовая работа: Кольцевой индукционный датчик угла
1. Конструкция кольцевых датчиков угла
Кольцевые датчики угла представляют собой поворотные трансформаторы плоского типа с переменным коэффициентом трансформации, который изменяется в зависимости от относительного углового положения ротора и статора датчика [2]. Основными величинами, характеризующими работу датчика угла, являются:
1) потребляемые мощность и ток при номинальных значениях напряжения возбуждения и частоты сети;
2) рабочий диапазон угла поворота;
3) крутизна выходной характеристики;
4) степень линейности выходного напряжения в зависимости от угла поворота ротора;
5) симметрия выходного напряжения в зависимости от изменения знака угла;
6) остаточная э.д.с. в нулевом положении;
7) выходное сопротивление датчика;
8) значение реактивного момента,
По принципу изменения коэффициента взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками кольцевые датчики делятся на три типа:
1) датчики со сосредоточенными или распределенными обмотками на статоре и роторе;
2) датчики с короткозамкнутой обмоткой на роторе;
3) датчики без обмотки на роторе.
Рассмотрим кратко особенности каждого из этих типов кольцевых датчиков угла.
1. Кольцевые датчики угла с обмотками на статоре и роторе . В настоящее время этот тип кольцевого датчика является наиболее распространенным в гироскопических приборах. Магнитопровод датчика состоит из двух колец (рисунок 1.1), в пазы которых уложены по две электрически взаимно перпендикулярные сосредоточенные или распределенные обмотки. С целью исключения влияния эксцентриситета на работу датчика угла обмотки выполняются многополюсными. Для уменьшения реактивных моментов производится скос пазов внешнего и внутреннего магнитопроводов на одно зубцовое деление. У большинства датчиков угла коэффициенты взаимоиндукции между обмотками статора и ротора изменяются по синусоидальному закону от электрического угла поворота ротора аэ = ра. В этом случае удовлетворительная линейность выходной характеристики (до 1%) достигается в диапазоне изменения угла поворота ротора ±15°.
Рисунок 1.1 Принципиальная схема кольцевого датчика угла.
Принципиально для работы датчика угла достаточно по одной обмотке на статоре и роторе. Применение двух электрически взаимно перпендикулярных обмоток на статоре и роторе позволяет датчик сделать более универсальным и использовать его для синхронной передачи угла.
2. Датчики с короткозамкнутой обмоткой на роторе . Недостатком датчиков, имеющих первичную или вторичную обмотку на роторе, является необходимость осуществления токоподвода к ротору. Это увеличивает момент, необходимый для поворота ротора, что приводит к снижению точности датчика и уменьшению надежности его работы. Чтобы исключить этот недостаток ротор выполняют с короткозамкнутой обмоткой, а статор – с двумя сдвинутыми на 90° обмотками. Одна из обмоток статора – обмотка возбуждения, а другая – выходная обмотка. Выходная э. д. с. датчика создается поперечной составляющей магнитного потока ротора.
Рисунок 1.2 Датчик угла с короткозамкнутым витком на роторе
Рисунок 1.3 Датчик углас явнополюсным ротором
Датчик с короткозамкнутой обмоткой на роторе имеет сравнительно простую конструкцию, однако наличие на роторе контура с током приводит к появлению момента обратного воздействия, который превышает соответствующую величину момента для датчиков угла с обмотками на роторе и статоре.
3) Датчики угла без обмоток на роторе . Принципиальная схема датчика приведена на рисунке 1.3. На статоре датчика укладываются две обмотки (обычно распределенные), оси которых смещены на 90 электрических градусов. Одна из обмоток – обмотка возбуждения, другая – выходная. Ротор явнополюсный и имеет такое же число пар полюсов, как и обмотка статора. При совпадении осей полюсов с осями обмоток э.д.с. на выходной обмотке датчика равна нулю. Э.д.с. достигает максимального значения, когда этот угол составляет 45 электрических градусов.
Недостатки датчиков этого типа – наличие реактивного момента и большая степень нелинейности в зависимости выходной э.д.с. от угла поворота ротора.
Указанные недостатки можно устранить за счет применения явнополюсной конструкции статора и ротора и дифференциальной схемы включения обмоток.
Далее будем рассматривать кольцевой индукционный датчик угла с обмотками на статоре и роторе. В соответствии с техническим заданием КИДУ является двухполюсным с двумя взаимно перпендикулярными обмотками на статоре и роторе.