6. ИНДУКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕДУКЦИЕЙ

Статическая точность рассмотренных выше сельсинных преобразователей угла рассогласования в лучшем случае определяется погрешностью в диапазоне угла . В последние годы для преобразования угловых положений нашли применение синуснокосинусные поворотные трансформаторы, являющиеся функциональными преобразователями аналоговых вычислительных устройств.

Погрешность преобразователей угла рассогласования с применением прецизионных поворотных трансформаторов типов находится в пределах Такая высокая точность достигнута в основном за счет особой технологии изготовления пластин магнитопроводов, пакетов ротора и статора, а также применением рациональной конструкции всего трансформатора. Дальнейшее увеличение точности связано с большими технологическими и конструктивными трудностями. Можно считать, что погрешность для преобразователей с двухполюсными поворотными трансформаторами является в настоящее время предельной.

Значительное увеличение точности преобразования угла рассогласования дает применение преобразователей с электрической редукцией. Принцип электрической редукции заключается в том, что за малый угол поворота входной оси преобразователя выходной параметр его (амплитуда или фаза выходного напряжения) изменяется на один период, а при повороте ротора на 360° число периодов равно передаточному отношению электрической редукции.

Преобразователи с электрической редукцией могут быть построены на разных физических основах. Из индукционных преобразователей широкое применение получили главным образом двухфазные многополюсные поворотные трансформаторы, индукционные редуктосины и индуктосины.

Погрешность преобразования угла многопериодными преобразователями уменьшается в число раз, равное передаточному отношению электрической редукции. Кроме того, в многопериодных преобразователях происходит ослабление влияния технологических погрешностей изготовления, в том числе неравномерностей воздушного зазора. В преобразователях с электрической редукцией возможно увеличение отклонения закона изменения выходного напряжения от синусоидального, поэтому проектирование их должно предусматривать методы получения синусоидальности выходного напряжения, особенно когда речь идет о малогабаритных преобразователях.

Многополюсные поворотные трансформаторы.

В индукционных преобразователях получение электрической редукции связано с увеличением числа пар полюсов роторной и статорной обмоток. Для получения большего передаточного отношения электрической редукция при одинаковых габаритах и повышения точности преобразователи имеют двухфазную вторичную обмотку. Другой путь создания многополюсных синусно-косинусных поворотных трансформаторов— применение многополюсных обмоток на пакетах статора и ротора двухполюсных преобразователей. При увеличении числа пар полюсов число пазов на полюс и фазу двухфазной обмотки — дробное. Поэтому на роторе укладывается сосредоточенная обмотка с Однако такой путь ведет к ухудшению формы кривой магнитного поля в функции угла поворота ротора, т. е. к увеличению содержания высших пространственных гармоник, что ограничивает повышение точности преобразователя. Другой путь — увеличение

числа зубцов при одновременном увеличении числа пар полюсов на роторе и статоре таким образом, чтобы число пазов на полюс и фазу для двух- и многополюсных поворотных трансформаторов было одинаково.

Известно, что для подавления третьей и пятой пространственных гармоник в выходном напряжении в двухполюсных поворотных трансформаторах выбирают число зубцов ротора а число зубцов статора Если сохранить это соотношение, то число зубцов ротора и статора многополюсного поворотного трансформатора соответственно будут т. е. такой многополюсный поворотный трансформатор будет состоять как бы из двухполюсных датчиков, где — число пар полюсов.

Очевидно, габариты такого многополюсного поворотного трансформатора значительны.

Таблица XV 1.5 (см. скан) Основные характеристики многополюсных поворотных трансформаторов с числом полюсов 10 и

В табл. XVI.5 приведены основные характеристики двух преобразователей с числом полюсов 10 и 6 (рис. XVI.42). Параметры преобразователя угла рассогласования, имеющего многополюсный поворотный трансформатор с следующие:

Погрешность преобразователя с находится в пределах в диапазоне 360°,

Для ослабления или уничтожения высших гармоник в кривой выходной э. д. с. датчика применяются различные схемы обмоток ротора и статора. Для уничтожения третьей и пятой гармоник вводят укорочение секции в одной из обмоток на полюсного деления, а в другой — на 1/5. Для этого числа зубцов на пакетах ротора и статора должны быть кратны соответственно При повышенных требованиях к форме выходного напряжения применяются специальные типы обмоток.

Известно, что так называемые синусные обмотки позволяют полностью уничтожить третью гармонику и ослабить гармоники высших порядков в большей степени, чем двухслойные обмотки. Так как помимо обмоточных гармоник существуют и другие гармоники, вызывающие отклонение выходного напряжения от синусоиды, то применение синусной обмотки является наиболее рациональным, несмотря на то, что такая обмотка технологически сложнее, чем двухслойная.

Рис. XVI.42. Многополюсный индукционный преобразователь: 1 — статор; 2 — ротор

Существует схема синусной обмотки, когда последняя выполняется секциями разной ширины, причем числа витков в секциях пропорциональны синусам половины углов, охватываемых соответствующей секцией.

Однако при разработке многополюсных поворотных трансформаторов этот метод неприемлем, так как требует значительного числа зубцов. Для получения большего передаточного отношения электрической редукции при малых габаритах представляет интерес схема такой синусной обмотки, в которой число витков в каждой секции пропорционально синусу угла где — число зубцов пакета, а магнитная ось секции смещена на одно зубцовое деление [1], [3]. В этом случае напряжение на вторичной обмотке преобразователя

где

— число зубцов статора; — постоянный коэффициент;

— напряжение возбуждения;

— максимальное число витков одной фазы, которое можно уложить в один

число витков первичной обмотки;

— передаточное отношение электрической редукции

—угол поворота (рассогласования).

Таким образом, выходное напряжение многополюсного поворотного трансформатора изменяется по косинусоидальному закону.

Рассмотрим частный случай намотки -полюсного поворотного трансформатора при Зависимость намагничивающей силы обмоток вдоль воздушного зазора имеет вид, показанный на рис. XVI.43. В табл. XVI.6 даны числа витков в секциях статорной обмотки для синусной и косинусной обмоток.

Рис. XVI.43. Распределение обмоток вдоль воздушного зазора: а — при синусной обмотке; б — при косинусной

Из табл. XVI.6 видно, что кривая распределения намагничивающей силы (н. с.) в пределах 360° повторяется через каждые 8 пазов статора, т. е. полный период изменения н. с. соответствует углу 90°. Соответственно, э. д. с. повторяющихся частей сдвинуты относительно друг друга на 90 геометрических градусов и в случае равномерного воздушного зазора одинаковы.

В результате исследования индукционных преобразователей с синусоидально-распределенными обмотками можно выработать основные рекомендации по проектированию малогабаритных сину-сно-косинусных поворотных трансформаторов с различными передаточными отношениями электрической редукции.

Таблица XVI.6 (см. скан) Числа витков в секциях статорной обмотки -полюсного поворотного трансформатора

Наибольшее развитие получило направление проектирования элементов с сосредоточенной обмоткой на роторе и синусоидально-распределенной обмоткой на статоре. Созданные на этой основе 12- и -полюсные СКТ позволили получить точность преобразования угла, определяемую погрешностью ±1 в диапазоне 360°.

При увеличении числа повторяющихся частей схемы точность доведена до ±15" при электрической редукции 9.

Можно показать, что при четном и нечетном числе зубцов магнитопровода на повторяющуюся часть существуют соотношения, при которых обеспечивается подавление 3-й, 5-й, 7-й и более высоких гармоник для двух- и многополюсных вариантов исполнения поворотного трансформатора, в то время как в существующих поворотных трансформаторах обычно исключаются только 3-я и 5-я гармоники. Однако это направление проектирования имеет ограничения в части уменьшения габаритов измерительных элементов. Так, например, при значении электрической редукции 64 число зубцов ротора должно быть равно 128. Поэтому серийно выпускаемый многополюсный синусно-косинусный поворотный трансформатор имеет передаточное отношение электрической редукции 32. При этом число зубцов ротора равно 64. Передаточное число 32 выбрано, с точки зрения удобства использования, в качестве преобразователя точного канала в прецизионных цифровых следящих системах. В аналоговых системах преобразования угла для согласования каналов точного и грубого отсчета требуется наличие сдвигающего напряжения Погрешность преобразования угла с использованием этого преобразователя равна в диапазоне угла 360°.