Общие сведения о фазовращателях

Основной характеристикой преобразования угол-код является шаг квантования угла. Представляя угол поворота n-разрядным двоичным кодом без знака, получаем шаг квантования , где наибольший угол поворота. В общем случае 360⁰.

Высококачественные преобразователи позволяют обеспечить шаг угл. сек. В серийном оборудовании используются преобразователи с шагом угл. мин. Менее качественные системы содержат преобразователи с шагом, равным 0.5 1.5 угл. градуса [1] [3].

Высококачественные преобразователи являются, как правило, преобразователями фотоэлектрического типа [2]. В оборудовании, работающем в тяжелых условиях: повышенная влажность, запыленность и т.д., используются преобразователи индукционного типа, называемые фазовращателями [3]. В качестве фазовращателей (ФВ) берут электромеханические устройства, такие как одно- и многополюсные вращающиеся трансформаторы, индукционные редуктосины, круговые индуктосины. Фазовращатели позволяют преобразовать угол поворота контролируемого вала в гармонический сигнал, сдвинутый по фазе относительно опорного гармонического сигнала. Последовательность функциональных преобразований, определяемая возможностями ФВ, имеет вид: «угол поворота – сдвиг по фазе – число импульсов – код».

В данной работе исследуется преобразователь, в котором в качестве ФВ использован бесконтактный индукционный фазовращатель БИФ 112, схема соединения обмоток которого показана на рис. 2.1. Обмотки f и k расположены на статоре, а обмотки a и b – на роторе ФВ. В паре они сдвинуты между собой на 90⁰. Обмотка k закорочена. Для передачи напряжений с обмоток «а» и «б» ротора к выводам, расположенным на неподвижном статоре, в ФВ БИФ 112 используются поворотные трасформаторы. На схеме рис.1.2 поворотные трансформаторы не показаны.

Нумерация проводников на рис. 2.1 соответствует нумерации выводов БИФ 112.

 

 

 

Рис. 2.1

 

Если к выводам 1-2 подключить напряжение , то в магнитопроводе возбуждается пульсирующее магнитное поле, позволяющее снимать напряжения , с амплитудой, пропорциональной синусу и косинусу угла поворота ротора соответственно. БИФ 112 является устройством второго класса, которое обеспечивает нулевые значения амплитуд и сигналов и U₄₅(t) в соответствующих точках интервала (0;2 ) с погрешностью угл. мин.

Дальнейшие преобразования напряжений U₃₅(t) и U₄₅(t) сводятся к моделированию тригонометрического соотношения

 

. (2.1)

 

Для получения второго слагаемого в левой части выражения (1) можно продифференцировать напряжение U₃₅(t) и вычесть результат дифференцирования из напряжения U₄₅(t). Таким образом, в принципе получим

.

Пусть напряжения U₃₅(t) и U₄₅(t) – гармонические, то есть ; . Тогда

 

, (2.2)

 

будет искомым напряжением , если постоянная времени дифференцирующего устройства удовлетворяет условию или

.

Практически получение напряжения U₂(t) в виде (2.2) из напряжений U₃₅(t), U₄₅(t), снимаемых с БИФ, сопровождается рядом погрешностей, искажающих сдвиг фазы, амплитуду и формулу кривой U₂(t). В литературе выделяются следующие погрешности фазовращателей [4]:

1. Погрешность от неравенства активных (r_a r_b) и индуктивных (x_a x_b) сопротивлений обмоток.

2. Погрешность от неперпендикулярности вторичных обмоток.

3. Погрешность от несинусоидальности кривых U₃₅(t), U₄₅(t).

4. Погрешность от несинусоидальности кривой U₁(t) напряжения источника питания.

5. Погрешность от изменения частоты питающего напряжения.

6. Погрешность от наличия емкостной связи между вторичными обмотками.

7. Погрешность от изменения температуры окружающей среды.

Полный анализ суммарной погрешности осуществляется теоретическими и экспериментальными исследованиями ФВ. Представляют интерес результаты экспериментальных исследований удельного ухода фазы , возникающего при изменении температуры окружающей среды и ухода фазы, обусловленного изменениями параметров R_н, C_н нагрузки обмоток ротора ряда ФВ [4]. Они приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

№ п/п	Тип ВТ	p	U, В	m	Режим работы	YD /1^0C	Уход фазы при изменении на 10%
Rн =5 кОм	Сн =0.002 мкФ
	БИФ-112   ВТ-5КФЗЗ   ИФ-2   5 БВТ-П 5 ВТ-М ИФМ-2С ИФМ-3С ИФМ-4С ИФМ-5С		8.5 9.5 8.5 8.5		Пульсир. магн. поле Вращающееся магн. поле Вращающееся магн. поле -’’- -’’- -’’- -’’- -’’- -’’-	1.25’   0.187’   1.25’   0.5’ 42’’ 25’’ 45’’ 36’’ 45’’	’   5’   10’   10’ 2’ 8’ 3’ 2’10’’ 1’10’’	100’   22’’   30’’   10’ 2’ 1.4’ 2’20’’ 11’ 3’10’’

 

ВТ, имеющие m=1, запитываются напряжением

,

где кГц, а ВТ, имеющие число m число фаз обмоток статора, равное двум, запитываются напряжениями:

U_F(t)= U_K (t)=

сдвинутыми по фазе на 90⁰. Вращающиеся трансформаторы, как видно из таблицы 2.1, могут быть однополюсными p=1 и многополюсными p=2;3;… Многополюсные ВТ в режиме ФВ позволяют использовать принцип электромагнитной редукции.

Вторичное напряжение у многополюсных фазовращателей с вращающимся магнитным полем изменяется по закону

,

где - угол поворота ротора ФВ; p – число пар полюсов. Комбинация из качественных однополюсного ФВ и многополюсного ФВ позволяет реализовать преобразование угол – код с шагом квантования, равным .