Рамочный датчик угла (стр. 2 из 4)

При подаче питания на обмотку возбуждения в магнитопроводе статора возникает пульсирующий магнитный поток. Этот поток, пересекая воздушный зазор между явно выраженными полюсами, делится на две части на противоположной стороне. Пересекая воздушный зазор и размещённые в нём сигнальные катушки, пульсирующий магнитный поток индуцирует в них э. д. с.

и , имеющие в зависимости от положения ротора относительно статора различную величину и так как сигнальные обмотки включены магнитовстречно, то и разные знаки.

Рис 3 - Схема включения

Поэтому при центральном положении ротора относительно статора суммарная э. д. с. в этих катушках будет равна нулю, так как э. д. с.

и будут одинаковы по величине, но различны по знаку. При отклонении кронштейна с сигнальными катушками от центрального положения потокосцепление одной из двух сигнальных катушек будет больше, чем другой, и суммарная э. д. с. не будет равна нулю как э. д. с. и не будут одинаковы по величине. А поскольку сигнальные обмотки замкнуты на нагрузку, то по электрической цепи потечёт ток, пропорциональный величине нагрузки и суммарной э. д. с. Вследствие этого с сигнальных катушек снимается результирующее напряжение .

1.4 Вывод формул для определения величины и крутизны выходного сигнала

Выведем формулу для определения крутизны выходного сигнала датчика, дифференциального по э. д. с. [1] Обычно в датчиках, дифференциальных по э. д. с, для получения большего числа потокосцеплений, а следовательно, и большей крутизны, ширина намотки с каждой из сигнальных катушек составляет больше половины ширины полюса, т. е. с>а/2. Кроме того, между сигнальными катушками имеется изоляционный промежуток шириной t (рисунок 4).

Выходное напряжение датчика

U_1I =E₁-E_2, (1)

где

и Е₂— э. д. с, наведенные соответственно в левой и правой сигнальных катушках.

Определим величины

и Е₂, предположив, что сигнальные катушки имеют прямоугольную форму, а кронштейн с сигнальными катушками повернулся по часовой стрелке на малый угол β так, что линейное перемещение рамки слева направо составляет величину ρβ (см. рисунок 4).

Рассмотрим контур dx, находящийся на расстоянии х от торца полюса. Поток, пронизывающий этот контур, равен:

Ф_х = В S_x,(2)

где B=

ab — индукция в зазоре; S_x=bx— площадь, заполненная потоком

.

Рисунок 4 - К выводу аналитического выражения характеристики датчика с подвижной катушкой

Подставляя значения В и S_xв (2), получаем

(3)

Число витков сигнальной катушки, содержащихся в контуре dx, равно:

w_dx =

, (4)

где k₃— коэффициент заполнения окна сигнальной катушки; h — толщина сигнальной катушки; q — сечение провода сигнальной катушки.

Элементарная э.д.с, наводимая в контуре dx, равна:

πf

(5)

Подставляя (3) и (4) в (5), получим

πfФ

xdx

Интегрируя выражение dE₂, получим

2 πf

(

ρβ)

(6)

Аналогично определяется величина:

πf

(

ρβ)

(7)

Потоки выпучивания также наводят э.д.с. в сигнальных катушках. Обозначив эти э.д.с. через Е_1ви Е_2в, получим:

(8)

Точно рассчитать э.д.с. Е_1ви Е_2втрудно, так как сложно точно учесть распределение и интенсивность потоков выпучивания. Ввиду меньшей интенсивности потоков выпучивания по сравнению с рабочим потоком приближенно считаем:

Е_1в

Е_2в(9)

Подставляя (7) и (8) в (9), а последнее,с учетом приближенного равенства (10) в (1), получаем

-U

= 2 πf

ρ(a-t)β (10)

В (11) поток

Ф

= Θ/R₀ = w

I/R

(11)

где / — ток в катушке возбуждения; R_o — магнитное сопротивление рабочего зазора.

Подставляя (13.32) в (13.31), получаем следующие выражения для величины и крутизны выходного сигнала:

U

=2πf

ρI(a-t)β=kβ (12)

k=2πf

ρI(a-t) (13)

1.5 Технические данные индукционных датчиков угла рамочного типа

Таблица 1-Технические данные РДУ

Параметры	РДУ-5	РДУ-7
Напряжение возбуждения в В	40	40
Частота в Гц	500	500
Максимальный ток возбуждения в А	0,09	0,09
Остаточное напряжение в мВ (не более)	4	6
Максимальное выходное напряжение холостого хода в В	3 0,3	4,6 0,4
Крутизна выходного напряжения в мВ/мин	8	10
Вес в кг (не более)	0,015	0,015

1.6 Погрешности индукционного датчика угла с подвижной катушкой

Всем описывающим электроэлементам присущи погрешности, которые по физическим причинам можно разделить на четыре основные группы:

а) погрешности, вытекающие из принципа работы датчика;

б) погрешности от конструктивных ограничений;

в) технологические погрешности;

г) погрешности, вызванные влиянием внешней среды. Первая группа погрешностей, вытекающих из принципа действия, свойственна счетно-решающим электроэлементам, которые предназначены для решения тех или иных функциональных зависимостей.

С этой точки зрения датчики угла являются списывающими элементами, работа которых заключается в преобразовании углового перемещения ротора в пропорциональный ему электрический сигнал. Для выше рассмотренных типов датчиков погрешности, вызывающие нарушение этой пропорциональности, которая чаще всего выражается линейным законом, не связаны с принципом работы датчиков, а являются следствием влияния причин последующих групп. Поэтому остановимся именно на последних трех группах причин, вызывающих погрешности датчиков.

Конструктивные погрешности. Наличие магнитопровода статора и ротора в датчиках угла, как и во всех электрических машинах и аппаратах, приводит к искажению идеальной кривой намагничивания. Нелинейность кривой намагничивания обусловливает нелинейный характер изменения величины выходного напряжения от угла поворота ротора. Кроме того, с нелинейностью кривой намагничивания связано появление высших временных гармоник в намагничивающем токе. Поэтому нелинейность кривой намагничивания, приводит к увеличению остаточного напряжения датчиков. Следует отметить, что все явления, связанные с искажением кривой намагничивания, в датчиках рамочного типа проявляются в значительно меньшей степени, чем в других датчиках. Это объясняется наличием в датчиках рамочного типа значительного по величине воздушного зазора, представляющего собой большое линейное магнитное сопротивление, по сравнению с которым нелинейное сопротивление стального участка магнитной цепи составляет незначительную величину.