Датчики углового положения на основе вращающегося трансформатора

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

НГТУ

Кафедра автоматики

Лабораторная работа №1

«ДАТЧИКИ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ТРАНСФОРМАТОРА»

Факультет АВТ

Группа АА-36

Студенты:                                                                        Преподаватель:

Белявский А.С.                                                               Русаков О.П.

Драгун А.А.

Чернышов В.С.

Дата выполнения:

Отметка о защите:

НОВОСИБИРСК 2006

Цель работы:

Изучить работу вращающегося трансформатора и основные схемы его включения. Освоить алгоритмическую и аппаратную реализацию основных типов датчиков углового положения на основе ВТ.

Основные теоретические положения:

Вращающийся трансформатор является электрической микромашиной, используемой в качестве первичного преобразователя датчиков углового положения или измерителей рассогласования. Наибольшее распространение в устройствах автоматики в настоящее время получили датчики углового положения. При реализации последних ВТ используется в качестве электромашинных фазовращателей (ЭМФ) и синус-косинусных преобразователей.

Различают ЭМФ с вращающимся магнитным полем и с пульсирующим магнитным полем. В первом случае обмотки статора ВТ, имеющие сдвинутые на 90  магнитные оси, запитывают от двух источников напряжения

В зазоре ВТ образуется вращающееся магнитное поле, пронизывающее обмотки ротора, в которых индуцируется ЭДС

                                                                                               (1)

Фазовый сдвиг ЭДС пропорционален углу сдвига магнитных осей обмоток статора и ротора γ

, где p – число пар полюсов ВТ.

Используя электронные преобразователи фаза – напряжение или фаза – код совместно с ЭМФ, нетрудно реализовать датчик углового положения с линейной статической характеристикой.

ЭМФ с пульсирующем полем отличается от ЭМФ с вращающимся полет тем, что ЭДС вида (3) получают на выходе суммирующего усилителя. Вход усилителя подключен к первой обмотке ротора непосредственно, ко второй - через фазосдвигающую цепочку (цепочка реализует фазовый сдвиг в 90 ). В этих обмотках индуцируется ЭДС вида

                                                                                          (2)

При суммировании, получим на выходе усилителя сигнал, который подобен сигналу (1)

                                                                                              (3)

При необходимости ВТ может быть включен по схеме синус – косинусного преобразователя. При этом в зазоре машины создается пульсирующее магнитное поле, индуцирующее в обмотках ротора ЭДС(2). Из(2) видно, что эта ЭДС функциональна связана с углом поворота ротора Вт и модулирована сигналом γ(t). Для использования этой схемы в качестве датчика поворота необходимо ее дополнить демодулятором, роль которого может выполнять фазочувствительный усилитель.

Рис.1 Функциональная схема стенда.

Выполнение:

1. Исследуем схему включения фазовращателя с вращающимся магнитным полем (рис.2).

Рис.2 Схема включения 1.

Осциллограммы в выведенных точках схемы:

Осциллограмма питающего напряжения 1-ой обмотки статора (вывод 1).

Осциллограмма питающего напряжения 2-ой обмотки статора (вывод 2).

Осциллограмма выходного напряжения ротора (вывод 3).

Статическая характеристика датчика приведена в таб. 1 и отражена на графике (рис.5).

2. Исследуем схему включения фазовращателя с пульсирующим магнитным полем (рис.3).

Рис.3 Схема включения 2.

Осциллограммы в выведенных точка схемы:

Осциллограмма питающего напряжения обмотки статора (вывод 1).

Осциллограмма напряжения на резисторе R (вывод 2).

Осциллограмма напряжения на емкости С (вывод 3).

Осциллограмма выходного напряжения схемы (вывод 4).

Статическая характеристика датчика приведена в таб. 1 и отражена на графике (рис.5).

3. Исследуем схему синусно-косинусного преобразователь (рис.4).

Рис.4 Схема включения 3.

Осциллограммы в выведенных точка схемы:

Осциллограмма питающего напряжения обмотки статора (вывод 1).

Осциллограмма выходного напряжения ротора (вывод 2).

Осциллограмма выходного напряжения схемы (вывод 3).

Статическая характеристика датчика приведена в таб. 1 и отражена на графике (рис.5).                                                                                                 Таблица 1

Геометрический угол,	Электрический угол, N
	Схема 1	Схема 2	Схема 3
0	019	001	0,29
15	027	011	0,55
30	033	019	0,79
45	041	025	0,96
60	049	033	1
75	057	041	1
90	065	049	1
105	071	057	0,94
120	077	065	0,77
135	085	071	0,54
150	091	077	0,28
165	099	085	0
180	107	091	-0,31
195	115	099	-0,56
210	123	107	-0,79
225	131	115	-0,94
240	139	123	-1
255	147	131	-1
270	153	139	-1
285	161	147	-0,94
300	167	153	-0,79
315	173	161	-0,56
330	179	167	-0,3
345	001	173	0
360	011	179	0,26

Рис.5 Статистические характеристики датчика для разных схем включения ВТ.

Выводы по работе:

Изучили работу вращающегося трансформатора и его основные схемы включения: с вращающимся магнитным полем, с пульсирующим магнитным полем и синусно-косинусным магнитным полем.

Исследовали статические характеристики датчика и убедились, что электрический угол пропорционален геометрическому (сх. 1 и сх. 2). При изменении геометрического угла от 0  до 360  электрический угол изменяется от 019 до 011(для первой схемы включения) и от 001 до 179(для второй схемы включения). Для третьей схемы включения статистическая характеристика при изменении геометрического угла от 0  до 360  имеет синусоидальный вид, при чем на вышеуказанный диапазон приходиться полный период синуса.