Индукционные измерители рассогласования
4.4. ИНДУКЦИОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ РАССОГЛАСОВАНИЯ
В качестве ИР переменного тока широкое применение получили устройства трансформаторной синхронной передачи на электрических индукционных микромашинах типа сельсинов и вращающихся трансформаторов (BT).
ИР на сельсинах (рис. 49, а) состоит из двух сельсинов: сельсина-датчика BC и сельсина-приемника BE. К источнику питания переменного тока подключена только обмотка возбуждения сельсина-датчика. Сельсин-приемник возбуждается переменным магнитным потоком Фв, создаваемым фазными напряжениями сельсина-датчика, передаваемыми сельсину-приемнику по трехпроводной цепи синхронизации. Однофазная обмотка сельсина-приемника служит для выработки сигнала рассогласования. Условно-графическое изображение схемы на бесконтактных сельсинах в соответствии с ГОСТ 2.722—68 дано на рис. 49, б.
B момент согласования, характеризуемого взаимно перпендикулярным расположением осей однофазных обмоток сельсинов, суммарный магнитный поток приемника перпендикулярен оси выходной обмотки сельсина-приемника и напряжение рассогласования t/? = 0. При наличии рассогласования механический поворот ротора сельсина-датчика преобразуется в поворот магнитного потока сельсина-приемника. Этот поток пронизывает однофазную управляющую обмотку, с которой снимается напряжение, характеризующее отклонение сельсинов от положения согласования:
где Umax — максимальное напряжение синхронизации.
Применение BT в качестве формирователей сигнала управления обусловлено повышением требований к точности СП, так как схемы на BT обеспечивают более точное преобразование угла рассогласования. Чаще всего измерение выполняют с помощью двух BT (TC и TE), включенных по трансформаторной схеме (рис. 49, в) и работающих аналогично ИР на сельсинах. Схема на BT вырабатывает напряжение рассогласования
где UП—напряжение питания; kТ—коэффициент трансформации между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой.
Сельсины и BT выпускаются в контактном и бесконтактном исполнении, корпусные и бескорпусные, с различными напряжениями возбуждения и на различные частоты.
Повышение частоты питания позволяет уменьшить размеры датчиков.
Рис. 49. Индукционный ИР
Выходное напряжение ИР на сельсинах и BT является непрерывной функцией угла рассогласования ? и содержит информацию, необходимую для управления СП. Статическая характеристика индукционного ИР, построенная по выражениям (151) и (152), носит нелинейный характер (рис. 49, г). Это противоречит общим требованиям к линейности характеристик измерительных устройств и приводит к появлению таких недостатков, как непостоянство крутизны характеристики и изменение фазы выходного напряжения не только при смене полярности, но и в зависимости от значения сигнала рассогласования. Как следует из рис. 49, г, изменение фазы, а вместе с ней и направления отработки ИД происходит в точках 0, 180 и 360°, характеризуемых нулевыми значениями выходного напряжения.
При рассогласованиях, меньших ± 180°, направление отработки ИД (на рис. 49, г показано стрелками) способствует устранению рассогласования, и привод автоматически приходит в положение устойчивого равновесия при ? = 0°. При рассогласовании ? = 180° направление отработки зависит от колебания напряжения в системе: при незначительном увеличении напряжения ИД отрабатывает сигнал рассогласования к 0°, а в случае уменьшения напряжения — к 360°. Это определяет положение неустойчивого равновесия системы, т. e. точка 180° характеризуется как неустойчивый нуль HH. При рассогласованиях, превышающих 180°, направление отработки ИД таково, что привод будет стремиться к устойчивому нулю УН, каким является угол 360°. B принципе это будет тоже положение ? = 0°, но достигается оно разворотом всего привода на 360°, что недопустимо с точки зрения начальной выставки приборов, закрутки жгутов и т. д.
Из трех рассмотренных положений согласования СП только положение ? = 0° является точкой устойчивого равновесия и истинным нулем привода.
Приводы, в которых в качестве измерителя рассогласования используются индукционные микромашины, обладают свойством самосинхронизации в пределах ? = ±180°.
Заметим, что наличие в системе таких больших рассогласований исключается самим режимом работы СП. Они возможны только в моменты включения привода, в режиме переброски или в случае, когда перемещение входного вала происходит при выключенном питании. Нормальный режим работы СП можно ограничить рабочей зоной ? = ±10°, в пределах которой характеристика линейна, обладает наибольшей крутизной и допустима замена sin ? = ?.
Заменяя в выражениях (151), (152) sin ? = ?, получаем
где k? — коэффициент преобразования, определяемый как приращение выходного напряжения при изменении угла рассогласования на 1°:
Для сельсинов
для BT
Обычно чувствительность сельсинов составляет 50 ... 70 В/рад, а иногда может достигать 100 В/рад.
Погрешности трансформаторных схем измерения, характеризуемые остаточным напряжением на выходной обмотке при ? = 0°, так же как и погрешности потенциометрических схем, носят статический или динамический характер.
1. Как следствие несогласованности сопротивления приемника и нагрузки возникает методическая погрешность. В схемах на BT эту погрешность, вызванную поперечным потоком якоря при нагружении BT, можно уменьшить путем замыкания квадратурной обмотки накоротко (первичное симметрирование) или одинакового нагружения синусной и косинусной обмоток (вторичное симметрирование) BT. При этом поперечный поток компенсируется потоками, возникающими в квадратурной или косинусной обмотке.
При учете сопротивления нагрузки ZH выходное напряжение для ИР на сельсинах
где ZВЫХ — выходное сопротивление сельсина-приемника. Как видно из (156), крутизна измерительной схемы с уменьшением ZH падает. Влиянием нагрузки можно пренебречь, выбирая ZH >> ZВЫХ.
2. Статическая погрешность следования в дистанционной передаче зависит от технологических инструментальных погрешностей: неточности взаимного расположения обмоток и их не идентичности, асимметрии и не перпендикулярности обмоток, наличия эксцентриситета, а также от изменений внешних условий (температуры, напряжения и частоты источников питания).
Максимальную погрешность определяют по дополнительному углу поворота ротора приемника от положения согласования, необходимому для ликвидации остаточного напряжения на выходе измерительной схемы.
Для облегчения подбора пар сельсинов и BT их подразделяют на классы точности в зависимости от средней инструментальной погрешности, определяемой как полусумма максимальных погрешностей при вращении датчика по часовой стрелке и против:
Технические данные индукционных преобразователей с указанием средней максимальной погрешности для различных классов точности приведены в табл. ?7, ?8 прил. Выпускаемые промышленностью BT обеспечивают большую инструментальную точность по сравнению с сельсинами благодаря особой технологии изготовления пластин магнитопровода.
3. Скоростная (динамическая) погрешность обусловлена наличием ЭДС вращения и зависит от частоты вращения сельсинов. Эта погрешность определяется выражением
где U’max — амплитуда погрешности; ? — несущая частота; ? — угол сдвига по фазе напряжения погрешности относительно выходного напряжения сельсина-приемника и ВТ-приемника.
Совпадающая по фазе с полезным сигналом синфазная составляющая U’max sin?t·cos? может быть скомпенсирована соответствующим поворотом ротора приемника. Сдвинутая по фазе на 90° квадратурная составляющая U’max cos?t·sin? не поддается компенсации и увеличивает нагрев ИД и насыщение усилителя. Квадратурная погрешность зависит от соотношения между частотой вращения сельсинов n и несущей частотой ?. При n < ? скоростной погрешностью можно пренебречь. Ho если эти частоты соизмеримы, то погрешность значительна. Например, погрешность у сельсинов с частотой питания 50 Гц достигает 1 ... 2° при частоте вращения 300 мин-1, у сельсинов с частотой питания 500 Гц при той же частоте вращения она составляет 0,06°.
Таким образом, одним из способов снижения квадратурной погрешности является уменьшение рабочей частоты вращения сельсинов, но при учете требований ТЗ. Другой способ устранения квадратурной погрешности — применение в усилителе СП фазочувствительного каскада, обладающего свойством не пропускать сигналы, сдвинутые на 90° относительно полезной составляющей.
4. Дополнительная динамическая погрешность появляется от высших гармоник и сдвинута относительно напряжения питания также на 90°. Для уменьшения этой составляющей применяют фильтры, подавляющие гармонические составляющие сигнала рассогласования.
Назад | Содержание
| Вперед
