Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода

Подождите немного. Документ загружается.

Ррс.

6.3. Схема (а) и векторная диаграмма СКВТ (б)

где

— коэффициент трансформации между

обмоткойИ

возбуждения и каждой роторной обмоткой при их

соос-1

ном положении.

™

Характеристики управления, определяемые (6.12) и

(6.13),

претерпевают определенные искажения в режиме

нагрузки СКВТ, когда его роторные обмотки включены

на сопротивления

(рис. 6.3, а). Возникающие

токи в обмотках ротора

(Лг™

)

создают

МДС

реак-

ции по осям d и q (рис. 6.3,

б):

Е'

^!t

^Q;

(6.14)

Е'

е~

Ъ-

^^—?

Sin0

(

)

*•<!

где

ф<з,

фд

— фазы отставания токов

/<г

от ЭДС в це-

пях

роторных обмоток;

Zd==

-f-Z

H(i

—

модуль

суммар-

ного сопротивления цепи косинусной обмотки, Ом;

—

\Zp-}-Z

\—то

же синусной обмотки, Ом;

—

ам-

плитуда ЭДС роторной обмотки при соосном положении

с обмоткой возбуждения в режиме нагрузки, В;

—•

число витков обмотки ротора.

180

Результирующие МДС по осям статора:

1<f

е~

/ф

£_

L^__lp

pCOS

«e

-!l-

S№9

;

(6.16)

e~'

е~

/ф

<з

==/Г

к+

--^

^P+~

sine

cose,

(6.17)

-H

где

/ч

£к

— МДС обмотки возбуждения и квадратурной

обмотки, А.

Из (6.16) и (6.17) следует, что при несимметричной

нагрузке ротора

(Zd¥=Z

)

в его обмотках возникают до-

полнительные ЭДС от потока, создаваемого МДС реак-

ции по оси р. При повороте ротора эти ЭДС изменяются

в функции угла и вносят искажения в синусоидальную и

косинусоидальную зависимости выходных ЭДС

СК.ВТ.

Искажения, вносимые реакцией по оси а, существенно

меньше. Хотя МДС данной реакции зависит от угла по-

ворота, однако изменение величины МДС компенсируется

соответствующим изменением

При достаточно малом

сопротивлении обмотки возбуждения

—

const.

Следовательно, магнитные потоки по осям а и

Fa,

ос-

таются практически неизменными и искажения от реак-

ции по оси а близки к нулю. При выполнении условия

=Z,

которое называется вторичным симметриро-

ванием, МДС реакции по оси р обращается в нуль, так

как при

Zd—Zq

фсг=Ф?

и слагаемые в скобках (6.17)

равны и противоположны по знаку, при этом МДС реак-

ции по оси а оказывается постоянной величиной, не за-

висящей от угла поворота ротора:

^-2

(sin

9 +

cos

9) =

I2-£

const.

£j

£1

Таким симметрированием полностью устраняются ис-

кажения характеристик управления

СК.ВТ

в режиме на-

грузки.

В тех случаях, когда по условиям

применения

СКВТ

не удается выполнить вторичное симметрирова-

ние, используют так называемое первичное симметриро-

вание, при этом МДС реакции по оси

компенсируются

?амыканием

накоротко квадратурной обмотки

Fp«0.

Полная компенсация данной реакции имеет место при ус-

ловии равенства сопротивлений контуров обмотки воз-

буждения

и квадратурной обмотки.

181

Рис. 6.4. Однофазная схема

вклю.

чения СКВТ для режима фазовра.

щателя

СКВТ превосходят по

классам точности сельсины,

В пределах от нулевого до

третьего классов точности

допустимые погрешности

СКВТ составляют

4—22',

Наиболее точные

малогаба.

ритные

СКВТ, например

ти-

па ВТМ нулевого

класса,

имеют погрешность, не

пре-

вышающую

1,5'.

В режиме фазовращателя обмотки статора получают

питание от источника двухфазного напряжения.

Образу-

ющееся при

этом

круговое поле наводит ЭДС в обмотке

ротора, фаза которой линейно изменяется при повороте

ротора. Данный режим можно получить в более простой

схеме с использованием источника однофазного напря-

жения (рис.

6.4).

В этой схеме принимаем следующие ус-

ловия:

#c—1/(оС)

=/?;

сопротивление обмотки ротора

Zp<g.jR;

сопротивление нагрузки

Z»~^>R.

При подключении

обмотки возбуждения к напряжению в обмотках ротора

наводятся ЭДС

cos 0 sin

&t;

sin

at,

где E

=kfU

В соответствии со схемой

*м

cos

-2L)

sin

со*;

(6.18)

K2£

cos(e--j)

;

sin(wt

К«~Ч4

cos(0--^)

sin

(о*—f-).

(6.19)

Так как

вы

—

е^

—

то с учетом (6.18) и (6.19)

после простых тригонометрических преобразований по-

лучим

182

вых

sin

-f

cos

(<at

i).

(6.20)

Если ось отсчета угла переместить на я/4 против ча-

совой стрелки, то относительно углов 0' =

0-|

в новой

системе

отсчета

«вы*

«in

(flrf

0').

(6.21)

Таким образом, при

=const

и вращении ротора

амплитуда

выходного

напряжения

sbixm

-—k

—

=const, а фаза равна углу

поворота,

при этом характе-

ристика управления СКВТ в данной схеме фазовраща-

теля имеет вид

Ф =

0'.

(6.22)

Из двух сельсинов или СКВТ составляется схема

датчика рассогласования, используемая для имерения

сигнала рассогласования в следящих системах (рис.

6.5),

Ротор сельсина-датчика (СД) соединен с командным

штурвалом, а ротор сельсина-приемника (СП) — с ис-

полнительным валом системы (рис. 6.5, а). Одна из

ро-

торных однофазных обмоток сельсинов получает питание

и выполняет функцию обмотки возбуждения, другая яв-

ляется управляющей обмоткой, в которой наводится

выходная ЭДС

ых

т. Соединенные электрически СД и

СП работают в амплитудных режимах, имея входной

величиной угол поворота СД и выходной

напряжение

ЭДС СП. Созданные потоком обмотки возбуждения ЭДС

в трехфазной стабилизирующей обмотке (6.2) дают со-

ответствующие токи в замкнутой статорной цепи. Фаз-

ные ЭДС статора СП определяются как падения напря-

жения на реактивных

сопротивлениях

СП. Тогда для

идентичных по параметрам СД и СП, пренебрегая ЭДС

вращения, током нагрузки выходной обмотки СП, а так-

же

индуктивным сопротивлением рассеяния и активным

сопротивлением обмотки возбуждения СД, можно опре-

делить амплитудные значения фазных ЭДС СП:

р _ р

„

пч

Ат(СП)

Ат(СК>

Z ~

Z вт

°СД'

Р _ р

J^n_

J5nL

COS

—-?5-\,

^BmtCri)

Вт(СК>

вт

СД

183

„

р~

/о

4эт

Ол<Ш)

С/в(СД)

»»

°^

ОД

~3~j'

где

-f

(2x

— расчетное кажущееся

сопротивление одной фазы стабилизирующей цепи СД

СП, Ом;

— фазное индуктивное сопротивление

рас-

сеяния стабилизирующей обмотки одного сельсина, Ом;

— фазное активное сопротивление стабилизирующей

обмотки

сельсина, Ом;

— сопротивление взаимной

индукции между роторной и статорной обмотками,

при-

веденное к стабилизирующей цепи, Ом; индексом СД от-

мечены величины, относящиеся к сельсину-датчику, а

СП — к сельсину-приемнику.

Эти

ЭДС трансформируются в обмотку управления

Рис. 6.5. Схемы датчиков

рассогласования

на

сельсинах

(а)

СКВТ

(б)

184

СП, давая соответствующие составляющие выходной

ЭДС датчика

рассогласования:

Е'^П

£d

f^cose

cose

cn;

и*

c°s

(

сд-

со*

(в

сп

-f-);

п"»

4я

4л

вь™

cos

СД

cos

—J.

В сумме три составляющие дадут результирующее

амплитудное значение выходной

ЭДС

датчика рассо-

гласования

£"

Е"

=-^-

выхт

Х^-У

яв

сов(в

сд

-в

сп

(6.23)

Если за согласованное состояние СД и СП принять

взаимно перпендикулярное положение осей роторных

обмоток, то рассогласование системы определится

вели-

чиной Д6

0сд—бспгЬя/2.

Тогда относительно А0 ха-

рактеристика управления датчика рассогласования при-

обретает синусоидальную закономерность

^выхт—|--у-^т«пД8.

(6.24)

Для малых углов рассогласования

£в

~*дрДе.

(б-

)

где

№=i^f

™

26)

передаточный коэффициент датчика рассогласования,

В/рад.

Практически для большинства сельсинных пар в схе-

ме датчика рассогласования

пр

46-ь

68-^-

0,8-5-1,2

В/град. (6.27)

рад

Аналогично сельсинной паре работают

СКВТ

в схеме

Датчика рассогласования (рис. 6.5,

б):

Ixm

=-f-^

sinAe;

(6.28)

185

ВЫ

™^

Л0

;

(

№

^^fU

(6.30)

где

и Z — сопротивление взаимной индукции и ка-

жущееся сопротивление стабилизирующей обмотки

СКВТ,

определяемые так же, как и для сельсинов, Ом.

Практически для схемы датчика рассогласования на

сквт

№

0,5^0,8

В/град. (6.31)

Использование сельсина в качестве аналогового

дат-

чика угла имеет ограниченные возможности в

отноше-

нии точности. Практический диапазон измерения углов

составляет ±60°. Если требуется измерять большие уг-

лы

тд

*>60°),

то

сельсин соединяется

рабочим

валом

через понижающий редуктор с передаточным отношением

«e

«x/(t/3).

Точность измерения угла при этом снижается в

раз.

Для измерения углов в

больших

диапазонах и с

вы-

сокой точностью используются дискретные датчики. Их

функциональной выходной величиной является число,

представленное в двоичной системе счисления с помощью

электрических дискретных сигналов. Необходимая точ-

ность достигается соответствующим числом разрядов

датчика.

Простейший цифровой датчик угла — контактный с

кодовым барабаном или кодовым диском (рис.

6.6,а).

Рис. 6.6. Трехразрядный кодовый диск (а) и схема считывания (б)

186

Диск

жестко соединен с валом, угол поворота которого

по

длежит

преобразованию в цифровой код. Кодовый ри-

сунок диска состоит из концентрических колец (доро-

жек),

каждое из которых имеет чередующиеся электри-

чески проводящие и непроводящие участки. Кольцо с

наименьшим радиусом, имеющее два участка, относится

к старшему разряду выходного числа, а кольцо с наи-

большим радиусом — к младшему разряду. В каждом

последующем от центра кольце число участков удваи-

вается, что соответствует в двоичном коде переходу от

одного разряда к другому. К токопроводящим участкам

(заштрихованным на рис. 6.6, а) подводится напряже-

ние через внешнее кольцо.

Считывание осуществляется с помощью

токосъемных

щеток. Положению щетки на проводящем участке соот-

ветствует цифра 1, а на

непроводящем

—

0. На границе

смены участков из-за конечной ширины щеток и их не-

точной установки по одной прямой появляется неодно-

значность считывания, приводящая к ложным значени-

ям выходной величины датчика. Для устранения ука-

занной неоднозначности применяют для каждого

разряда, кроме младшего, две щетки, симметрично раз-

двинутые относительно прямой считывания. Выбор щет-

ки для считывания выполняет логическая схема в зави-

симости от цифры предыдущего, более младшего разря-

да. При нулевом сигнале на щетке Щ1

(z/i

= 0)

считывание осуществляется с опережающей щетки

Щ2'

(а\=у%),

а при единичном сигнале

(ао=1)—с

отста-

ющей

щетки—

Щ1"

(fli

t/2)

(рис.

6.6,а).

Аналогично

выполняется считывание и на последующих разрядах в

соответствии с алгоритмом

a.-+i

{

у'

{+г

(6.32)

Схема, реализующая алгоритм (6.32), приведена на

рис.

6.6,6.

Любому углу поворота кодового диска в пределах

360° однозначно соответствует определенное сочетание

единиц и нулей в выходных каналах датчика, т. е. опре-

деленный числовой эквивалент угла (рис. 6.7). При по-

вороте трехдорожечного кодового диска на 360° выход-

ная величина изменяется от 000 до 111, что в десятич-

ной системе счисления означает изменение числа от 0 до

!7.

В пределах интервала дискретности

Д6

360°/2«

(6.33)

187

датчик не реагирует на изменение входной величины и

его

ларачтеристика

управления

приобретает ступенча-

тый

вид

(рис.

6.7,6).

Погрешность, вызванная дискрет-

ностью,

б=+Ае

(6.34)

ем

меньше,

чем больше число разрядов

в датчике. Так

как на одном кодовом диске трудно реализовать число

разрядов более трех-четырех, то для повышения

Tq4HO-

сти датчика применяют несколько кодовых дисков

(КД1

—

КДЗ),

соединенных с входным валом через ре-

дуктор и поворачивающихся с различными

скоростями

(рис. 6.8). Контактная система и погрешности измери-

тельных редукторов лимитируют точностные показатели

датчика. Практически реализуемое число разрядов в

цифровом датчике угла данного типа не превосходит

9—10,

что соответствует интервалу дискретности

21—42'.

Поэтому в высокоточных системах с допустимыми по-

грешностями менее V контактный датчик применяется

для грубого отсчета угла. Точный отсчет выполняется с

помощью цифрового датчика угла, в котором

оснбвным

преобразовательным элементом служит многополюсный

СКВТ

— индуктосин.

На рис. 6.9 приведена схема цифрового датчика угла

с индуктосином, работающим в фазовом режиме. Ротор

индуктосина, имеющий двухфазную обмотку, жестко, без

редуктора, соединен с исполнительным валом. Непо-

движный статор имеет однофазную обмотку. Разрешаю-

щая способность датчика угла при одном и том же чис-

ле разрядов повышается с увеличением числа пар полю-

сов р индуктосина:

де

тах

/2*

збо

/р.2«.

16.35)

Так,

для р

512 и

п=8

измеряемый угол

та

х=42,Г,

дискретность датчика угла

Д9

=42,1-60:2

10", и

разрешающая способность в целом для датчика угла с

Двухотсчетной системой составит

360-60.60/10

1,3.10

Рассмотрим работу схемы. Задающий генератор

ЗГ

вырабатывает импульсы неизменной частоты

,r,

кото-

рые поступают на

триггерный

«-разрядный

счетчик —

Делитель частоты

ДЧ.

Каждый триггер делит входную

частоту пополам. Выходной сигнал последнего триггера

189