Конспект лекций «Мехатроника» (стр. 2 )

Номинальное напряжение питания UH0M

(постоянное или выпрямленное), В 24

Допустимое колебание напряжения питания (0,85-1,24) UHOM

Сопротивление нагрузки (реле или резистор),

Ом, не менее 120

Разброс длины пути срабатывания при

колебании напряжения питания

(0,85-1,24)UH0M, мм, не более 10,1

Максимальный разброс длины пути

срабатывания при изменении

температуры от -10 до 45°С, мм, не более +0,5

Дифференциал хода, мм, не более 3

Максимальная частота срабатывания, кГц,

не ниже 1

Мощность, коммутируемая выключателем

без учета мощности, потребляемой

нагрузкой, Вт, не более 0,45

4 Сельсины, вращающиеся трансформаторы, резольверы и индуктасины

Аналоговые измерительные преобразователи применяют обычно электромагнитного типа Они основаны на принципе электромагнитной индукции, их подразделяют на вращающиеся трансформаторы (называемые также резольверами) и индуктосины.

Сельсины

Конструктивно сельсины выполняют по типу синхронных или асинхронных машин (т. е. явнополюсными или неявнополюсными). Контактные сельсины состоят из двух основных частей: статора и ротора, на которых располагаются обмотки возбуждения и синхронизации. Однофазные обмотки возбуждения у большинства индикаторных сельсинов расположены на явно выраженных полюсах, а трехфазные обмотки синхронизации – в равномерно распределенных пазах. Однако у трансформаторных сельсинов, как правило, применяется неявнополюсными конструкция статора и ротора. У дифференциальных сельсинов имеется две трехфазные обмотки (на статоре и на роторе). Для успокоения колебаний ротора индикаторные сельсины-приемники имеют механический или электрический демпфер.

В зависимости от устройства магнитной системы и расположения обмоток различают следующие основные конструктивные формы контактных сельсинов.

1. Статор представляет собой кольцеобразное ярмо и два явно-выражеиных полюса, на которых располагаются обмотка возбуждения. Обмотка синхронизации укладывается в равномерно распределенные пазы ротора. Конпы обмотки оинхронизации выведены на три контактных кольца, установленных на роторе.

2. Статор имеет равномерно распределенные пазы, в которые укладывается обмотка синхронизации. Обмотка возбуждения размещается на явно выраженных полюсах ротора. Концы обмотки возбуждения выведены на два контактных кольца, установленных на роторе.

3. Статор и ротор имеют равномерно распределенные пазы. Обмотка возбуждения расположена на роторе, а обмотка синхронизации – на статоре. На два контактных кольца, установленных на роторе, выводится обмотка возбуждения.

4. Статор и ротор имеют равномерно распределенные пазы. Одна из трехфазных обмоток уложена на статоре, а другая – на роторе. Концы роторной обмотки выведены на три контактных кольца.

Наибольшее распространение получили сельсины второй (рис. 1.9, а) и третьей (неявнополюсной конструкции) конструктивных форм, так как у сельсинов, выполненных по первой конструктивной форме, технические характеристики значительно хуже.

Рисунок 1.9 – Схематическое изображение конструкций контактного (а) и бесконтактного (б) явнополюсных сельсинов:

1 – корпус; 2 – статор; 3 – ротор; 4 – щеточно-коллекторный узел; 5 – крышка; 6 – подшипники; 7 – вал; 8 – тороидальные магиитопроводы с катушками обмотки возбуждения; 9 – внешние магиитопроводы.

Среди бесконтактных сельсинов получили распространение две конструктивные формы: неявнополюсиая с кольцевым (тороидальным) трансформатором, и явнололюсвая с магнитным несимметричным ротором без обмотки (конструкция Иосифьяна–Свечармика, рис. 1.9, б).

Если на обмотку возбуждения сельсина подать переменное напряжение UВ (рис. 1.10), то протекающий по ней ток создает пульсирующий магнитный поток Ф, направление которого будет совпадать с осью обмотки возбуждения. Этот поток в зависимости от положения ротора наводит в фазных обмотках синхронизации различные по величине э. д.с. (рис. 1.10 б, в)

где – максимальное значение э. д.с. фазы; a – угол между осями обмоток фазы и осью обмотки возбуждения.

э. д.с. на выводных клеммах синхронизации, представляющие разность соответствующих фазиых э. д.с, определяются следующими соотношениями:

Рисунок 1.10 – Принцип действия сельсина:

а) электрическая схема; б) зависимость выходных э. д.с. от времени;

в) зависимость э. д.с. обмотки синхронизации от угла поворота ротора.

Наибольшее значение имеет, э. д.с. в первой фазной обмотке, а наименьшее – во второй (рис. 1.10, б). Это объясняется тем, что наибольшая часть магнитного потока пересекает первую обмотку, а наименьшая – вторую. Кроме того, фазы э. д.с. Е2 и Е3 отличаются от фазы э. д.с. E1 на 180°, так как вторая и третья обмотки пересекаются потоком возбуждения в направлении, противоположном потоку через первую обмотку, фаза э. д. с. которой противоположна фазе напряжения возбуждения. В связи с тем, что э. д.с, наводимые в отдельных фазных обмотках, имеют одну н ту же временную фазу, вторичная обмотка сельсинов не является трехфазной в прямом значении этого слова. Обмотка синхронизации называется трехфазной только с точки зрения ее конструктивного выполнения и размещения.

При повороте ротора сельсина э. д.с. фазных обмоток Е1, Е2 и Е3 изменяются таким образом, что любому положению ротора соответствует единственное соотношение напряжений на выходных клеммах обмотки синхронизации как по величине, так и по фазе (рис. 1.10, в).

Вращающейся трансформатор

Вращающийся трансформатор (резольвер) – это микромашина переменного тока, служащая для преобразования угла поворота ротора в синусоидальное напряжение.

Вращающийся трансформатор (ВТ) имеет на статоре две обмоткк, взаимно сдвинутые в пространстве на 90 электрических градусов. Обмотки питаются двухфазным напряжением переменного тока и создают в воздушном зазоре машины пульсирующее магнитное поле. В бесконтактных ВТ ротор выполняется реактивным, и вторичная обмотка также расположена на статоре и выдает сигнал, определяемый сдвигом оси пульсирующего магнитного поля относительно оси ротора. Этот сигнал поступает на схему фазового детектора и усилителя.

Статор вращающегося трансформатора (рис. 1.11) имеет две однофазные обмотки С1-С2 и СЗ-С4, сдвинутые на 90° относительно диффузора. Ротор также имеет две обмотки, включенные последовательно (на рисунке для упрощения показана одна обмотка Р1-Р2). Магнитопровод изготовляют из листов электрической стали или пермоллоя. На роторе и статоре равномерно расположены пазы, в которых размещены взаимно перпендикулярные обмотки. Первичными обмотками вращающегося трансформатора (ВТ) чаще всего являются обмотки статора, а вторичными – обмотки ротора, который связан с перемещающимся элементом. При повороте ротора, который собственно и является первичным датчиком, с него снимается синусоидальное напряжение.

Токосъем с обмоток ротора происходит с помощью контактных колец и щеток. Статорные обмотки ВТ питаются переменным напряжением с частотой 400, 1000, 2000 или 4000 Гц. Закон изменения напряжения питания может быть синусоидальным или прямоугольным. При подключении обмоток статора к сети переменного тока образуется вращающееся магнитное поле. Стрелка на рис. 1.11 показывает результирующий магнитный поток, проходящий через ротор в данный момент времени. Магнитное поле вращается со скоростью, соответствующей частоте питания обмоток статора. Вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотке ротора переменное напряжение, амплитуда которого почти постоянная.

Индуцированное в обмотке ротора напряжение является выходным сигналом, фаза которого сдвинута относительно синусоидального входного сигнала статора. Этот сдвиг фазы зависит от положения ротора. Если ротор расположен вертикально, то в нем будет индуцироваться положительное максимальное напряжение, тогда и его синусоидальная обмотка будет иметь положительное максимальное возбуждение. В этом случае фазы выходного и входного сигналов совпадают. Таким образом, при повороте вала ротора механический угол вращения преобразуется в электрический, т. е. в сдвиг фаз.

Рисунок 1.11 – Схема работы вращающегося трансформатора

Широкое применение находят многополюсные ВТ. Принцип действия десятиполюсного ВТ такой же, как и двухполюсного. Различие этих двух ВТ состоит в электрическом сдвиге фаз относительно механического угла вращения.

Индуктосин

Идуктосины, так же как и оптические импульсные преобразователи, могут быть линейными и круговыми. Индуктосин имеет шкалу (линейную или круговую) и головку, на которую нанесены фотохимическим способом плоские обмотки (обычно с шагом, равным 2 мм), Индуктосин фактически является развернутым в плоскости вращающимся трансформатором (рис. 1.12). На головке имеются две обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 1/4 периода (90 электрических градусов (рис. 1.12, в). Изменение напряжения на выходе обмотки шкалы при сдвиге головки относительно нее пояснено на рис. 1.12, б.

Идуктосин, так же как и поворотный трансформатор (резольвер), в зависимости от схемы питания может работать в двух режимах: с амплитудной и фазовой модуляцией питающего напряжения. В первом случае создается пульсирующее, а во втором случае смещающееся в пространстве магнитное поле.

Линейный индуктосин (рис. 1.13) состоит из линейки I, жестко закрепляемой на неподвижной части станка, и движка (слайдера) II, перемещаемого вместе с подвижной частью станка. Основой линейки индуктосина является несущая деталь I, изготовляемая из алюминия или изоляционного материала. Эту деталь покрывают слоем изоляционного материала 2, на который наносят медную обмотку 3 (меандр с шагом 2 мм). Сверху медную обмотку покрывают слоем лака 4. Слайдер II оснащен экраном 5, представляющим собой медную полоску. На слайдере выполняют две печатные обмотки С1-СЗ и С2-С4, сдвинутые относительно друг друга на 1/4 шага, или на 90° по фазе (рис. 1.12, а).

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14