Датчик угловых перемещений
ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий ротор со сосредоточенной обмоткой возбуждения и статор со сосредоточенной выходной обмоткой, о т л и ч а ю щ.н и с я тем, что, . с целью повьшения точности его в работе путем компенсации электромагнитного момента нагруженного датчика , на статоре расположена дополнительная распределенная обмотка, последовательно соединенная с обмоткой ротора, при этом число витков этой обмотки уменьшается с увеличением их угловой координаты пропорционально произведению угла на электромагнитный момент нагруженного датчика. со Од О) X
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК аю си), ео4С0 В 0
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР.
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц .,13 (21) 3392938/25-28 (22) 05.02. 82 (46) 07. 12.85. Бюл. У 45 (72) Г.С. Шахтарина, И.П. Баранова и И.Н. Майоров (53) 531 ° 14.083.8:621.314 (088.8) (56) Одинцова А.А. Проектирование электроэлементов гироскопических устройств. — М.: Высшая школа, 1962, c....99.
Авторское свидетельство СССР
В 324494, кл. G 01 D 5/20, 1971. (54)(57) ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий ротор со сосредоточенной обмоткой воэбуждения и статор со сосредоточенной выходной обмоткой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности его в работе путем компенсации электромаг-, нитного момента нагруженного датчи" ка, на статоре расположена дополнительная распределенная обмотка, последовательно соединенная с обмоткой ротора, при этом число витков этой обмотки уменьшается с увеличением их угловой координаты пропорционально произведению этого угла на электромагнитный момент нагруженного датчика.
1196681
30
Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано, например в автоматических системах гироскопических приборов для преобразования угловых перемещений в электрический сигнал.
Цель изобретения — повышение точности путем компенсации электромагнитного момента нагруженного датчика.
На фиг. 1 изображен датчик угловых перемещений; на фиг. 2 — за-, висимость электромагнитного момента от угла поворота при наличии и отсутствии дополнительной обмотки.
Датчик угловых перемещений содержит ротор 1, в пазах которого уложена обмотка 2 возбуждения и статор 3 с уложенной в его пазы выходной обмоткой 4. Кроме того, в дополнительных пазах статора 3 размещена дополнительная обмотка 5, соединенная последовательно с обмоткой 2 возбуждения. Начало дополнительной обмотки 5 (первый паз) имеет пространственный сдвиг по отношению к выходной обмотке 4, замкнутой на сопротивление нагрузки 6.
Повышение точности за счет компенсации электромагнитного момента нагруженного датчика достигается путем специального распределения витков дополнительной обмотки 5 и объясняется следующим образом.
При подаче напряжения питания на последовательно соединенные обмотку 3 возбуждения и дополнительную обмотку 5 в воздушном зазоре возникает магнитный поток, наводящий
ЭДС в выходной обмотке 4. При замыкании выходной обмотки 4 на сопротивление нагрузки 6 создается суммарный электромагнитный момент, действующий на подвижную часть (ротор 1) датчика. Электромагнитный момент определяется выражением где I — вектор тока через последоваВ тельное соединение обмотки 2 возбуждения и дополнительной обмотки 5;
Т вЂ” комплексно-сопряженная ве ( личина вектора тока I
I — комплексно-сопряженная
Ф величина вектора тока в выходной обмотке 4;
M,M> — взаимные индуктивности между обмотками 2 и 5, 2 и 4 соответственно;
o(— угол поворота ротора 1 относительно статора.
Условия компенсации электромагнитного момента выполняются при равенст-. ве и встречной направленности двух составляющих, входящих в выражение (1), первый член которого определяет электромагнитный момент, создающийся за счет введения дополнительной обмотки 5 и соединения ее с обмоткой 2 возбуждения, а второй член соответствует электромагнитному моменту нагруженного датчика при отсутствии дополнительной обмотки 5.
Поскольку ток I в обмотке 2 возЬ буждения намного превышает ток в выходной обмотке, необходимая компенсация электромагнитного момента обеспечивается при числе витков обмотки 5, значительно меньшем, чем число витков выходной обмотки 4 и обмотки 2 возбуждения.
Кроме того, можно пренебречь изменениями тока возбуждения IS npu перемещении ротора 1 относительно статора 3, поэтому требуемый закон компенсации будет определяться законом изменения взаимной индуктивности
M ., которая, в свою очередь, зависит от распределения витков дополнительной обмотки 5.
Закон распределения витков дополнительной обмотки 5 определяется исходя из зависимости электромагнитного момента нагруженного датчика
М (а ) от угла поворота ротора 1 в соответствии с соотношением где зависимость М (g определяется расчетным или экспериментальным путем. Сопротивление контура, состоящего из последовательногб соединения обмотки 2 возбуждения и дополнительной обмотки 5, определяется выражением
55 ф. Х ф 2 1 "(Ж V() ат 2
1(25 5) 2 (3) 1196681 2 (i (4) 1 (Ф) . . /2 м О
2ГЕ (6) 1 0,0425 10-
2 0,1070 10
3 О, 1650 . 10-4
1,8304 10-
1 787.10 Ф
1,6809 ° 10
22
21 где д — индуктивное сопротивление взаимоиндукции; ((Ы) — закон распределения дополнительной обмотки 5;
W число витков обмотки воз2 буждения;
W — число витков первого паза
5 дополнительной обмотки 5; индуктивные сопротивления
25 Ы рассеяния обмоток 2 и 5 соответственно;
r r — активные сопротивления об2 5 моток 2 и 5 соответственно. W 2/ .
Учитывая малость члена М ф), Ю по сравнению с 1, получаем выраже: ние взаимной индуктивности М2 где f — частота питающего напряжения.
Из выражений (2) и (4) получаем закон распределения витков дополнительной обмотки 5
av(al 1- — — м(е )аы . (5)
Ю ?, x„
Из полученного выражения (5) следует, что изменение числа витков ЮУ при переходе от i-го паза, соответствующего угловому положению ю(;, ° к следующему д+1ому пропорционально произведению компенсируемого в этом угловом диапазоне момента М; на угловое перемещение de(d(+1 g> соответствующему переходу от i-го паза к i+1 -оиу пазу, т.е.
lf E 27k
М а-е2 2 М 1 (Б1 м в где Z — - число равномерно распределенных пазов дополнительной обмотки 5.
Число витков. первого паза обмотки 5 W рассчитывается из соотВ ношения
Ti!/2
М(с ) Ыо
Т Е
z м В Ы
s *г(с (//
1"-1 Хм? в2 Ъ,а число витков в каждом -м пазу а2f% 1 7/1 1 — а Х м,- Ж,, 6( М В 11 ((где М вЂ” компенсируемый электромаг1 .нитный момент нагруженного датчика в угловом положении,.соответствующем -му пазу дополнительной обмотки.
Экспериментальная проверка предлагаемого устройства изготовления датчика проводилась для датчика с
24 пазами на статоре с сосредото- . ченными обмотками возбуждения и выходной. д Определялся ток возбуждения при литании датчика напряжением 10 В частотой f 1000 Гц, который составил Х = 6,57 .10 А.
В угловых положениях, соответствующих 24 лазам дополнительной обмотки, определялись значения электро.магнитного момента при нагрузке
R((= 20 кОм. Рассчитывались витки дополнительной обмотки в соответствии с выражением (7).
Данные измерений и расчета представлены в таблице.
На фиг. 2 представлена зависимость электромагнитного момента для указанного датчика с дополнительной обмоткой (пунктирная линия) и без дополнительной обмотки (сплошная линия).
При изготовлении датчика по предлагаемому способу обеспечивается снижение электромагнитного момента более, чем в пять раз, что обеспечивает существенное повышение точности автоматических систем, содержащих датчики угловых перемещений.
Лю
1196681
Продолжение таблицы з
1 2
5 6
8
10
О
-19
-21
11 12
-22
-23
15
-15
О
О
0,7015 ° 10
1,2189. 10
1,5159 10 <
1,6809 10
1,7879.10
20
22
22
24 ф ся 4ми
ВНИИПИ Заказ 7553/38 Тираж 650 Подписное
Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4
0,2974 10
0,5170-10
О,?015 10 "
0,7015 10
0,5170 ° 10
0,2974 10
0,1650 10
0,1070.10
0,0425 10 4
-0,0425 10
-0,1070 10
-О, 1650 10
-0,2974 10
-О, 5170 10-4
-0,7015 10
-О, 7015.-10 -O,5170 i0
-0,2974-10
-0,1650 10
-0,1070 10
-0,0425 10
1,5059. 10
1,2085 10
0,6915,10 "
О
-0,7015 10
2189. 10-4 — 1,5159 10 .
-1,6809 10
-1,7879 10+
-1,8304 10
-1,787 10
-1,6809 10
-1,5059 10 4
-1,2085. 10
-0,6915. 10
