Емкостный редуктосин.

Для повышения точности преобразования линейных и угловых перемещений целесообразно применение емкостных преобразователей с электрической редукцией, в которых происходит осреднение переменных емкостей из-за распределения пластин статора по окружности. При этом необходим выбор таких угловых размеров пластин статора и зубцов ротора, при которых можно получить близкие к синусоиде изменение емкости в зазоре в функции перемещения.

Принципиальная схема синусно-косинусного преобразователя угла с электрической редукцией приведена на рис. XVI.53. Отношение числа пластин статора к числу зубцов ротора равно либо либо 4/5. В том и другом случаях при имеем элементарный дифференциальный двухфазный преобразователь. В зависимости от числа повторяющихся частей можно получить необходимое

передаточное отношение электрической редукции. При этом статор будет состоять из четырех групп последовательно соединенных пластин. Такое соединение ослабляет влияние неравномерностей воздушного зазора. Погрешность изготовления пластин также осредняется, благодаря чему повышается точность емкостного редуктосина.

Рис. XVI.52. Конструкция емкостного преобразователя с изменяемой площадью перекрытия пластин

Рис. XVI.53. Принципиальная схема синусно-косинусного емкостного преобразователя с электрической редукцией: 1 — ротор; 2 — статор

Рис. XVI.54. Эквивалентная схема синусно-косинусного емкостного редуктосина

Число повторяющихся частей для приемлемых габаритов может быть выбрано в пределах 10—20. Соотношение 4/5 позволяет при тех же габаритах статора получить большее передаточное отношение электрической редукции.

При подаче напряжения между пластинами ротора и средней точки резисторов (см. рис. XV 1.53) на выходе преобразователя получаются два напряжения, изменяющиеся в функции угла

поворота по закону, близкому к синусоиде, со сдвигом на 90 электрических градусов.

Синусоидальность выходного напряжения зависит от линейных размеров зубцов ротора и пластин статора и величины воздушного зазора между ними.

Синусно-косинусный емкостный редуктосин может быть представлен в виде мостовой схемы (рис. XVI.54). К одной диагонали моста между ротором и средней точкой резисторов подается напряжение питания с другой диагонали снимается выходное напряжение

Воспользовавшись теоремой об эквивалентном генераторе и предполагая, что сопротивление нагрузки а емкости изменяются по закону

где — постоянная составляющая емкости преобразования;

— переменная составляющая емкости;

— угол поворота;

— передаточное отношение электрической редукции (число повторяющихся частей), получим для амплитудного значения выходного напряжения [1]:

где

— частота питающего напряжения.

За счет отклонения параметров емкостного редуктосина от идеальных условий, принятых при выводе выражения выходного напряжения, появляется дополнительное напряжение, вызывающее либо отклонение формы кривой выходного напряжения от синусоидального закона, либо смещение его нулевых положений. Так как при небольших габаритах редуктосина емкостное сопротивление переменной составляющей емкости велико, то происходит значительное ослабление выходного напряжения при частотах 500—1000 гц. Поэтому при создании синхронной передачи с двухфазным емкостным редуктосином целесообразно применять схему, приведенную на рис. XVI.55.

В качестве приемника применяется вращающийся трансформатор. Напряжение питания подается на его первичную обмотку.

Известно, что выходные напряжения поворотного трансформатора

где а — коэффициент трансформации поворотного трансформатора.

Рассматривая емкостный редуктосин в виде двух мостовых схем (рис. XVI.56), можно для случая, когда напряжение питания подается на другую диагональ моста, определить выходное напряжение и при подаче соответственно напряжений (см. рис. XVI.55).

Амплитудные значения

Выходное напряжение в трансформаторном режиме

или

Таким образом, выходное напряжение преобразователя, состоящего из емкостного редуктосина и поворотного трансформатора, зависит от угла рассогласования между выходной и входной осями.

Рис. XVI.55. Схема преобразователя угла рассогласования с емкостным редуктосином

Рис. XVI.56. Эквивалентная схема емкостного редуктосина

В данном случае при повороте ротора емкостного редуктосина на угол, равный шагу его зубцов, ротор поворотного трансформатора повернется на целый оборот, т. е. осуществляется электрическая редукция в передаче угла. В двухфазном емкостном редуктосине может быть получено большое значение электрической редукции в приемлемых для приборов габаритах.

Отсутствие реактивного момента, возможность получения высокой точности за счет электрической редукции, простота конструкции и возможность бесконтактного съема сигнала являются основными преимуществами емкостного редуктосина.

На аналогичном принципе может быть построен линейный синусно-косинусный емкостный редуктосин. Если пластины статора и зубцы ротора изготовлены так, что шаг ротора соответствует

длине 1,2 мм, что вполне реально, то при перемещении датчика на 1,2 мм ось двухполюсного приемника повернется на угол 360°. Если погрешность передачи равна 1°, то погрешность измерения любой длины составит 3,3 мкм.