《感應(yīng)同步器》PPT課件.ppt

9.3 感應(yīng)同步器,概述：高精度的轉(zhuǎn)角和線位移測(cè)量元件 工作原理：利用兩個(gè)平面形印制繞組的互感隨位置不同而變化的原理工作。激磁電壓頻率一般是120kHz。 分類：直線式測(cè)量直線位移；旋轉(zhuǎn)式測(cè)量轉(zhuǎn)角。 結(jié)構(gòu)：固定部件和運(yùn)行部件兩部分，其上各有繞組。 優(yōu)點(diǎn) ：有很高的精度和分辯率；抗干擾能力強(qiáng) ；可以作長(zhǎng)距離位移測(cè)量；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。 缺點(diǎn)：輸出信號(hào)弱，信號(hào)處理麻煩，配套用于信號(hào)處理的電子設(shè)備（一般稱為數(shù)顯表）比較復(fù)雜，價(jià)格高。,直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu),由定尺和滑尺兩部分組成，滑尺比定尺短。,定尺上繞組連續(xù),滑尺分為正弦和 余弦兩相繞組,繞組是由輻射狀的導(dǎo)片組成。轉(zhuǎn)子上的繞組是單相連續(xù)繞組，其徑向?qū)瑪?shù)也稱為極數(shù)。定子繞組是分段繞組，分為正弦和余弦兩大組，交替排列，各自串聯(lián)形成兩相繞組。 直徑越大，精度越高。,旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu),定子,轉(zhuǎn)子,直線式感應(yīng)同步器的工作原理,極距是相鄰金屬片中心 線間的距離。節(jié)距L = 2， 也稱檢測(cè)周期。正弦繞組s 和余弦繞組c相距3L / 4 。 定尺繞組通交流電激磁， 產(chǎn)生一個(gè)多極的脈振磁場(chǎng)， 磁極之間的距離是，磁場(chǎng) 分布周期是節(jié)距L 。脈振磁場(chǎng) 在滑尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，有 效值隨滑尺位移作周期性變化， 周期為節(jié)距L 。,直線式感應(yīng)同步器的原理示意圖,表示極距，它等于相鄰金屬導(dǎo)片中心線間的距離，它也就是兩個(gè)相鄰的磁極軸線（中心線）之間的距離。L表示節(jié)距，它是定尺上磁場(chǎng)情況完全相同的最近兩點(diǎn)的距離，且有L=2。節(jié)距L也稱為檢測(cè)周期。相鄰的正弦繞組s和余弦繞組c之間相距3L/4即1.5。在定尺繞組中通入交流電激磁，在定尺平面附近將產(chǎn)生一個(gè)多極的脈振磁場(chǎng)，定子磁場(chǎng)是周期性分布的，其分布周期就是節(jié)距L。設(shè)磁通最大瞬間磁通方向如圖中和所示。脈振磁場(chǎng)在滑尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這電勢(shì)屬于變壓器電勢(shì)，它的頻率應(yīng)與激磁電壓頻率相同，它的大?。ㄓ行е担┤Q于定、滑尺的耦合程度，即取決于定、滑尺的相對(duì)位置 。,直線式感應(yīng)同步器的工作原理,分析感應(yīng)電勢(shì)有效值與滑尺的位移x的關(guān)系。 在位置1，位移x=0,通過繞組c的磁通最大，感應(yīng)電勢(shì)也必然最大，設(shè)此時(shí)的電勢(shì)有效值為Ec, Ec=+Em。這時(shí)通過繞組s的磁通為零，所以繞組s的電勢(shì)有效值. Es=0 在位置2，x=L/4,繞組c中的磁通為零，所以Ec=0。這時(shí)通過繞組s的磁通最大，設(shè)Es=Em。 在位置3，x=L/2,繞組c中的磁通最大，且與位置1中的相反，表明電勢(shì)反相位且有效值最大，所以Ec=-Em。而繞組s中的磁通為零，所以Es=0。,直線式感應(yīng)同步器的工作原理,在位置4，x=3L/4,繞組c中的磁通為零，所以Ec=0。而繞組s中的磁通達(dá)到最大，但與位置2中的磁通方向相反，Es=-Em。表明電勢(shì)反相位且有效值最大。 當(dāng)位移x=L時(shí)，繞組c、s將處于和位置1即x=0時(shí)完全相同的磁場(chǎng)位置，故c、s中的感應(yīng)電勢(shì)也與位置1時(shí)相同。 以上的分析表明輸出的電勢(shì)的大小隨滑尺位移x作周期性變化，周期為一個(gè)節(jié)距L或兩個(gè)極距2。 一般認(rèn)為感應(yīng)同步電勢(shì)的大小隨滑尺的位移量按正弦函數(shù)（或余弦函數(shù)）變化。,直線式感應(yīng)同步器的工作原理,正弦繞組s和余弦繞組c中的感應(yīng)電勢(shì)有效值Es和Ec分別是位移x的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)，正、余弦函數(shù)的幅值為Em。,因?yàn)長(zhǎng)=2，所以有,直線式感應(yīng)同步器的工作原理,感應(yīng)同步器的電勢(shì)有效值示意圖,直線式感應(yīng)同步器的工作原理,感應(yīng)電勢(shì)的瞬時(shí)值 設(shè)激磁電壓為,則正弦繞組s和余弦繞組c中感應(yīng)電勢(shì)的瞬時(shí)值 和 為,旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器的工作原理,當(dāng)轉(zhuǎn)子單相繞組激磁時(shí)，形成的磁極個(gè)數(shù)與徑向?qū)瑪?shù)N相等，而極對(duì)數(shù)p為,兩相鄰導(dǎo)片間的夾角稱為極距 ：,我們?nèi)≌依@組輸出電壓有效值 為零時(shí)的轉(zhuǎn)子位置作為電氣零位，感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子從基準(zhǔn)電氣零位起始的角位移稱為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，記為,若激磁電壓仍為 ,則正、余弦繞組s和c中感應(yīng)電勢(shì)的瞬時(shí)值分別為,關(guān)于感應(yīng)電勢(shì)的幾個(gè)結(jié)論,當(dāng)單相連續(xù)繞組加激磁電壓 時(shí)，無論是直線式感應(yīng)同步器，還是旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器，它們的正弦繞組s和余弦繞組c中的感應(yīng)電勢(shì)都是正余弦交變電勢(shì)，頻率與激磁電壓相同，相位與激磁電壓相差900，它們的有效值瞬時(shí)值可以統(tǒng)一表示為,有效值,瞬時(shí)值,關(guān)于感應(yīng)電勢(shì)的幾個(gè)結(jié)論,對(duì)于直線式感應(yīng)同步器,對(duì)于旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器,當(dāng)正弦繞組s和余弦繞組c中分別換上有效值為U的正弦（或余弦）交流激磁電壓時(shí)，它們?cè)趩蜗噙B續(xù)繞組中感應(yīng)的電勢(shì)的有效值分別（下標(biāo)2表示副端）,無論是單相繞組激磁，感應(yīng)電勢(shì)都屬于同頻率的正弦電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)與激磁電壓的相位差是 。一般取感應(yīng)電勢(shì)超前激磁電壓。,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理,需要解決的幾個(gè)問題： 1）正余弦函數(shù)在一個(gè)周期的范圍內(nèi)，函數(shù)值和角度間并不是單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于感應(yīng)同步器的輸出電壓和電角度e之間也同樣如此。 2）當(dāng)電角度超出一個(gè)周期的范圍，即線位移和角位移大于2個(gè)極距，這時(shí)必須記錄、變化周期的個(gè)數(shù)才能確定電角度。 3)輸出電壓的誤差大，但要求的測(cè)量精度很高。為了解決這些問題，就需要對(duì)感應(yīng)同步器輸出繞組的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)處理。,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理,感應(yīng)同步器有鑒相型和鑒幅型信號(hào)處理方式：又稱為鑒相工作狀態(tài)和鑒幅工作狀態(tài)。 鑒相型處理方式 鑒相型處理方式又稱鑒相工作狀態(tài)，它是根據(jù)輸出電勢(shì)的相位來鑒別電角度。它又分為單相激磁和兩相激磁兩種方式，但輸出信號(hào)是相同的。,兩相激磁式 ：在感應(yīng)同步器正弦繞組s、余弦繞組c上施加幅值和頻率相同、相位差為900的交流激磁電壓us和uc。即,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理,兩個(gè)激磁繞組在單相繞組上感應(yīng)的電勢(shì)分別為,應(yīng)用迭加原理可知單相繞組總感應(yīng)電勢(shì) 為,此時(shí)輸出電勢(shì)的幅值是一個(gè)不變的常值，而輸出電勢(shì)的相位改變量等于電角度e。因此通過輸出的電勢(shì)信號(hào)的相位改變量就可以知道電角度e，從而可以求出對(duì)應(yīng)的線位移或角位移。,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理,單相激磁式 這時(shí)感應(yīng)同步器的單相繞組加激磁電壓,將正弦繞組輸出電勢(shì)移相后再與余弦繞組的相加作為輸出電勢(shì)。,移相 后得,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理,鑒幅型處理方式-鑒幅工作狀態(tài)，根據(jù)輸出信號(hào)的幅值鑒別電角度e。 單相激磁和兩相激磁兩種方式 兩相激磁式 兩相激磁電壓的幅值要按一定規(guī)律變化，具體加至正、余弦繞組的激磁電壓為,激磁電壓的幅值為某一角度1的余弦和正弦函數(shù)，其中1稱為指令位移角，是已知的。單相繞組的總感應(yīng)電勢(shì)為,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理,當(dāng)鑒別出輸出電勢(shì)的幅值為零或使其為零時(shí)就說明 ,因此有 (k為零或整數(shù))。如能確保k=0,則 ，因1是已知的，所以就可確定e。這種求e的方法稱為鑒幅型處理方法或鑒零工作狀態(tài)。,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理,單相激磁式 在單相繞組中加激磁電壓 。在正弦繞組s和余弦繞組c中的感應(yīng)電勢(shì)分別為,然后將它們送入函數(shù)變壓器或其它裝置中進(jìn)行變換 ，再送入加法器相加后作為輸出信號(hào)。,感應(yīng)同步器有幾種信號(hào)處理方式？簡(jiǎn)要說明工作原理,練習(xí)題,那么，若求出e，就可求出線位移x或角位移。,感應(yīng)同步器編碼裝置,鑒相型數(shù)字編碼裝置,感應(yīng)同步器把位移轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，而編碼裝置的任務(wù)就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼，編碼裝置也叫數(shù)顯表。,原理：鑒相工作狀態(tài)時(shí)感應(yīng)同步器輸出的電壓信號(hào)的表達(dá)式為,鑒相型數(shù)字編碼裝置,編碼的原理：將被測(cè)正弦信號(hào)e2與同頻率的基準(zhǔn)正弦信號(hào)的相位進(jìn)行比較，將二者的相位差e轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖個(gè)數(shù)。,STB,D,計(jì)數(shù)器N,STA,SW,脈沖源,tn,N,原理方框圖,uB,uA,1,鑒相型數(shù)字編碼裝置,一、鑒相型編碼原理 將被測(cè)信號(hào) 與基準(zhǔn)信號(hào) 的 相位進(jìn)行比較，求出相位差 并轉(zhuǎn)換成脈沖個(gè)數(shù)。 整形電路 ，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 上升沿觸發(fā)。 計(jì)數(shù)器只在 ， 時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)。,相位數(shù)字轉(zhuǎn)換原理圖,鑒相型數(shù)字編碼裝置,圖中STA、STB是整形電路，它把正弦波變成方波，uA是基準(zhǔn)正弦信號(hào)，uB是被檢測(cè)信號(hào)，如感應(yīng)同步器輸出信號(hào)e2。經(jīng)整形后，uA變成uA，uB變成uB， SW是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，上升沿觸發(fā)。uA接置0端，uB接置1端，D是與門，脈沖源發(fā)出的脈沖信號(hào)始終加在D的一個(gè)輸入端。D的另一個(gè)輸入端與SW的1端相聯(lián)。SW輸出為1時(shí)，脈沖才能通過與門送到計(jì)數(shù)器，而SW輸出為1的時(shí)間受相位角e的控制，見圖的波形 t0：uA將SW置0，與門D關(guān)閉； tt1：uB將SW置1，與門D打開，脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器； tt2：uA又將SW置0，與門D關(guān)閉，脈沖停止進(jìn)入計(jì)數(shù)器。 所以脈沖只在t1t2， t3t4之間輸出1，使與門打開。計(jì)數(shù)器只在tt2t1，t t4t3時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)，所計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)代表了uA、uB的相位差e。,鑒相型數(shù)字編碼裝置,由圖知t1時(shí)刻的uB與t2時(shí)刻的uA相等，所以 若e的絕對(duì)值小于2，則,故 設(shè)時(shí)鐘脈沖周期為tn，t時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)為N，則,所以,求出e后就可求出對(duì)應(yīng)的線位移或角位移。而且當(dāng)一定時(shí)，一個(gè)脈沖所代表的相位移取決于時(shí)鐘脈沖周期。,三大部分 1.位移變成電信號(hào) 包括時(shí)鐘 脈沖、絕對(duì)相位基準(zhǔn)、激磁、 感應(yīng)同步器和濾波整形電路。 2.求電信號(hào)相位并轉(zhuǎn)成數(shù)字 包括時(shí)鐘脈沖、相對(duì)相位基準(zhǔn)和鑒相器。 3 .計(jì)數(shù)及顯示 包括 計(jì)數(shù)脈沖門、顯示計(jì)數(shù)器、加減計(jì)數(shù)邏輯、絕對(duì)零點(diǎn)、譯碼顯示等。,鑒相型數(shù)顯表,鑒幅型數(shù)顯表,指令角 是已知的，代表感應(yīng)同步器的激磁電壓幅值。 轉(zhuǎn)