Системы управления электромеханическими объектами. Система управления «магнитный усилитель – двигатель», страница 11

Рис. 6.4. Функциональная схема лабораторного стенда

Рис. 6.5. Принципиальная электрическая схема пульс-пары

7. Исследование синусно-косинусного вращающегося трансформатора

Общие положения

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) применяются в автоматических устройствах в качестве датчиков обратной связи по положению регулируемых органов объекта управления. В частности, в станках с ЧПУ и ГПС они являются датчиками перемещений, осуществляющих косвенное измерение линейных перемещений.

Конструктивно ВТ выполняются так же, как асинхронные двигатели с фазным ротором, и дают возможность получить выходное напряжение, пропорциональное функциям угла поворота ротора a. Чаще всего используются функции sina и cosa, поэтому такие ВТ получили название синусно-косинусные вращающихся трансформаторов ‑ СКВТ.

Как правило, на статоре и роторе СКВТ размещено по две обмотки, сдвинуты между собой на 90 эл.град. (рис.7.1), где

СГ₁ – СГ₂ ‑ главная статорная обмотка;

СВ₁ – СВ₂ ‑ вспомогательная статорная обмотка;

А₁ –  А₂ ‑ синусная роторная обмотка;

Б₁ ‑ Б₂ ‑ косинусная роторная обмотка.

Для уменьшения числа выводов применяют одностороннее соединение статорных и роторных обмоток внутри машины, как показано на рис.7.1.

Рис.7.1. Схема СКВТ

Принцип действия СКВТ основан на том, что при повороте ротора взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора, а, следовательно, и ЭДС в обмотках ротора, наведенные пульсирующим потоком возбуждения, изменяются по синусоидальному закону в зависимости от угла поворота ротора a. Для этого необходимо получить в воздушном зазоре машины распределение индукции по закону, близкому к синусоидальному.

В общем случае ЭДС, наводимые в роторных обмотках, являются суммами составляющих, наводимых с главной и вспомогательной обмоток:

;                                                    (7.1)

;                                                                                                             (7.1а)

Из-за нелинейности кривой намагничивания и наличия зубцов на статоре и роторе выходные напряжения u_ps и u_pc имеют высшие гармоники, что обусловливает погрешность СКВТ. Класс точности СКВТ определяется относительной погрешностью DU, выраженной в процентах, т.е. разностью ординат в любой точке действительной кривой U = f(a)и идеальной синусоидальной кривой U = U_msina, отнесенной к U_m:

.                                                         (7.2)

СКВТ подразделяются на четыре класса точности:

- нулевой (DU = 0,05%);

- первый (DU = 0,05 ¸ 0,1%);

- второй (DU = 0,1 ¸ 0,25%);

- третий (DU > 0,25%).

Различают различные режимы работы СКВT:

1. Амплитудный индикаторный режим ‑ организуется путем питания главной статорной обмотки переменным напряжением:

;       

При этом

;                                                        (7.3)

,                                                       (7.3a)

т. е. амплитуды напряжений, снимаемых с синусной и косинусной роторных обмоток, изменяются соответственно по синусоидальному и косинусоидальному законам.

Простота питания СКВТ является основным достоинством этого режима, недостаток его заключается в сложности обработки выходных сигналов.

2. Фазовый индикаторный режим, называемый часто режимом фазовращателя, характеризуется следующими выражениями:

;   .

Тогда согласно формуле (7.1) получим на выходе

или

                                                                      (7.4)

б)

а)

Рис. 7.2. Фазовый индикаторный режим

Текущее значение переменной  здесь отображается фазовым сдвигом, поэтому напряжение с роторной обмотки может поступать непосредственно в фазовый дискриминатор или в преобразователь «фаза – код», если управляющая ЭВМ находится в контуре следящей системы, как показано на рис.7.2,а. Временные диаграммы работы СКВТ в этой системе с преобразованием фазы во временной интервал , а затем в код представлены на рис.7.2,б.