Индукционные редуктосины.

Индукционный редуктосин представляет собой бесконтактный синусно-косинусный поворотный трансформатор с электрической редукцией, состоящий из статора и ротора. Статор собран из пластин электротехнической стали с большим числом зубцов, а ротор может быть выполнен в виде зубчатого кольца из электротехнической стали или собран также из пластин. Как будет показано ниже, может быть любое соотношение между числами зубцов статора и ротора. Для пояснения принципа работы редуктосина целесообразно рассмотреть наиболее простой случай, когда отношение числа зубцов статора и ротора равно 4/3 или 4/5 (рис. XVI.44).

Как первичная, так и две вторичные дифференциальные обмотки размещены на пакете статцра. При питании первичной обмотки переменным синусоидальным напряжением со вторичных обмоток снимаются Два напряжения, амплитуды которых изменяются в функции угла поворота с пространственным сдвигом, равным 90 электрическим градусам, или зубцового деления ротора. Повороту ротора на угол, равный зубцовому делению, соответствует полный период изменения амплитуды выходного напряжения, при повороте ротора на один оборот число периодов изменения амплитуды выходного напряжения равно числу зубцов ротора.

Форма кривой выходного напряжения зависит главным образом от угловых размеров зубцов ротора и статора и величины зазора между ними; при определенных значениях этих величин можно получить близкую к синусоиде форму кривой изменения амплитуды переменной составляющей проводимости воздушного зазора в функции угла поворота.

Рис. XVI.44. Принципиальная схема двухфазного индукционного редуктосина

Если предположить, что сопротивление нагрузки а индуктивные сопротивления дифференциальных обмоток изменяются по закону

где — взаимные индуктивности первичной и вторичной обмоток, то для выходного напряжения индукционного редуктосина справедливо выражение [11, [2]:

где

— числа витков первичной и вторичной обмоток;

— амплитуда переменной составляющей магнитной проводимости воздушного зазора; — активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки.

Экспериментально установлено, что отклонение формы кривой выходного напряжения от синусоидальной у двухфазных индукционных редуктосинов с электрической редукцией, имеющих отношение чисел зубцов статора и ротора 4/3, составляет величину ±3 при электрической редукции равной 30.

Погрешность преобразователя, составленного из этого редук-тосина и двухполюсного поворотного трансформатора, равна ±2 и имеет характер четвертой гармоники. Последнее означает, что основным источником, вызывающим эту погрешность, является отклонение формы кривой выходного напряжения редуктосина от синусоидального закона. В самом деле, редуктосин с отношением числа зубцов статора к числу зубцов ротора 4/3 при пр — 30 состоит как бы из 10 элементарных дифференциальных редуктосинов с числом зубцов статора 4, каждый из которых можно назвать повторяющейся частью. На элементарном редуктосине может быть намотана лишь сосредоточенная обмотка, чувствительная ко всем нечетным высшим гармоникам. Это обстоятельство ограничивает повышение точности системы преобразования угла с индукционным редуктосином с указанным соотношением чисел зубцов статора и ротора даже при увеличении передаточного отношения электрической редукции.

Для улучшения формы кривой выходного напряжения в функции угла поворота ротора необходимо увеличить число зубцов статора элементарного редуктосина, вторичные обмотки наматывать на зубцы статора так, чтобы число витков каждой катушки было пропорционально синусу (для синусной обмотки) и косинусу (для косинусной обмотки) угла (угол в электрических градусах между двумя соседними пазами статора), и магнитную ось катушки сместить на одно зубцовое деление статора.

Индукционные редуктосины с синусоидально-распределенной обмоткой могут иметь различные соотношения чисел зубцов статора и ротора и различное число повторяющихся частей, т. е. различные передаточные отношения электрической редукции. Основные характеристики индукционного редуктосина с отношением числа зубцов статора, к числу зубцов ротора в повторяющейся части 8/9 приведены ниже.

При числе повторяющихся частей 7 число зубцов статора а число зубцов ротора

Таким образом, примерно при том же значении электрической редукции как и в индукционном редуктосине с сосредоточенной обмоткой при индукционный редуктосин с синусоидально-распределенной обмоткой позволяет снизить погрешность преобразования угла до ±0,7, причем ошибка на один шаг имеет характер первой гармоники, т. е. погрешность от несинусоидальности значительно ослаблена.

(кликните для просмотра скана)

Индукционные редуктосины с соотношением зубцов статора и ротора 4/3, 4/5, 8/9 приведены лишь в качестве примеров. Возможны самые разнообразные соотношения.

Очевидно, что при увеличении передаточного отношения электрической редукции возрастают и габариты датчика. Однако при одном и том же передаточном отношении электрической редукции габариты индукционного редуктосина значительно меньше, чем габариты многополюсного поворотного трансформатора с обмотками на статоре и роторе.

В связи с развитием цифровой техники возникла необходимость создания поворотных трансформаторов с передаточным отношением электрической редукции, равным

Рис. XVI.45. Индукционный редуктосин: а — статор; б — ротор

Рис. XVI.46. Серийный индукционный редуктосин: а — статор; б — ротор

В табл. XVI.7 приведены некоторые данные индукционных редуктосинов с различными передаточными отношениями электрической редукции, равными Из таблицы видно, что рекомендуемое число зубцов статора на повторяющуюся часть равно 7, а число повторяющихся частей — 4 или 8.

На рис. XVI.45 изображены ротор и статор макетного образца бескорпусного индукционного редуктосина; наружный диаметр статора 74 мм, толщина статора с обмоткой 8 мм (при толщине пакета 5 мм); внутренний диаметр ротора 40 мм. Число зубцов статора равно 56, число зубцов ротора Отсюда отношение чисел зубцов число повторяющихся частей 8.

Для увеличения индуктивного сопротивления толщина пакета статора может быть увеличена. В серийном варианте редуктосина толщина пакета составляет 10 мм (рис. XVI.46), а с обмоткой и защитными колпачками — 16 мм. Числа зубцов те же, что у макетного образца. Наружный диаметр статора 65 мм, внутренний диаметр 35 мм. Зазор между зубцами ротора и статора составляет 0,15 мм.

Двухфазные индукционные редуктосины следует применять в так называемых отсчетных синхронно-следящих системах, т. е. в системах, в которых требуется с высокой точностью дистанционно измерить угол поворота вала. В этом случае в качестве приемника

применяется двухполюсный поворотный трансформатор. Погрешность такого преобразователя угла находится в пределах в диапазоне угла 360°. Кроме того, индукционные редуктосины применяются в прецизионных цифровых следящих системах как в трансформаторном режиме, так и в режиме фазовращателя. В последнем случае возможны схемы с однофазным (рис. XVI.47) и двухфазным источником питания (рис. XVI.48).

Рис. XVI.47. Схема фазовращателя с однофазным источником питания

Рис. XVI.48. Схема фазовращателя с двухфазным источником питания

Погрешность цифровой следящей системы с индукционным редуктосином в режиме фазовращателя при электрической редукции 64 равна что соответствует двоичным разрядам.