Динамо-машины  Прецизионные датчики, индукция 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

3kj,.

Рис. 73. Относительные коэффициенты интегрального эффекта для двухслойной секторной двухфазной обмотки с транспонированием фазы

Напомним, что коэффициенты интегрального эффекта для бессекторной двухфазной обмотки могут превосходить таковые для секторной однослойной обмотки в десятки и сотни раз, поэтому требования к случайным погрешностям выполнения однофазной обмотки для датчика с двухфазной обмоткой рассмотренного типа остаются достаточно жесткими.

Используя секторные двухфазные обмотки с числом слоев более двух, можно, конечно, добиться и больших значений коэффициентов интегрального эффекта, однако технологические трудности при изготовлении таких обмоток заметно возрастают в связи с большим количеством токоподводов, расположенных между слоями.

Рассмотрим второй вариант двухфазной двухслойной обмотки. Каждый слой такой обмотки также представляет собой двухфазную обмотку. Каждая фаза состоит из 2р проводников с шагом nip; фазы расположены на разных диаметрах (см. рис. 8). Во втором слое под кольцом, составленным из проводников фазы А, расположена фаза Б; в результате фазы оказываются также транспонированными из слоя Б слой.

Однофазная обмотка (или каждая фаза многослойной двухфазной обмотки) может иметь в этом случае вид, показанный на рис. 3. В рабочем положении проводники этой обмотки должны перекрывать проводники обеих фаз двухфазной кольцевой обмотки. Очевидно, что сопряжение таких обмоток обладает полным интегральным эффектом и мало чувствительно к случайным погрешностям изготовления и неплоскостности токопроводящих слоев. Теоретически при определенных условиях двухфазная обмотка (см. рнс. 8) удовлетворяет и второму условию идеальной обмотки - инвариантности симметрии двухфазной системы по отношению к вариации зазора, однако реализация обмотки высокой точности практически невозможна. Обозначим радиальную длину проводника внешнего кольца внешнего слоя через /пр i; внутреннего кольца - /пр 2, соответственно для внутреннего слоя / р2 . Если средние диаметры в слоях обозначить Dcp i. ср s, Оу и орО То условия симметрии могут быть записаны в следующей форме

/ 2р/г \ пр1 ехр - j + 1 ехр

-7-{h + bc) L V

{h + be)

+ ?np2exp f--) . (85)

Можно показать, что при вариации зазора равенство (85) сох- раняется только в том случае, если одновременно соблюдаются следующие условия:

npi - пр1

пр1 ехр

I 2 I

(86)

ПР2 = i p2 ехр

Da --= Do

При невыполнении этих условий появляется переменная несим-летрия в функции зазора.

Рассмотрим требования к точности выдерживания параметров 1ри неизменном зазоре. I 1. Длина проводников. Для гарантированного получения поля погрешности от неточности выполнения заданной длины проводников б необходимо, чтобы допуск М удовлетворял условию (остальные параметры предполагаются точными):

Дг lt; 0,24.10-5рб /пр.

Так, для обеспечения точности не хуже 0,5 при р=180 и = 10 мм допуск на длины проводников должен быть не хуже 2,0 мкм, что реально невьшол1Шмо.

2. Средние диаметры. Полагая все диаметры примерно одинаковыми, получим

ADcp lt; 0.12.10-5

laquo;Э + 0(

Iiecb Dcp -средний диаметр рабочего участка приемной обмотки, ри Dcp=80 мм, йэ=0,2 мм, fcc=0,2 мм и б =0,5 ADcp должен быть не более 0,01 мм. Это достаточно жесткое, хотя и выполнимое условие.

3. Расстояние между слоями. Произведя аналогичный расчет, получим следующее условие:

Абс lt; 0,48.10-5

Так, при Dcp 1-Dcp 2= 10 мм Dcpi=80 мм Dcp 2=70 мм и б = =0,5 получим, что расстояние между слоями должно быть выдержано с точностью ие хуже 1,3 мкм. Это требование невыполнимо.

Таким образом, главным препятствием для построения высокоточного датчика с рассматриваемой схемой обмоток для использо-

вания в амплитудном и простых фазовых режимах является невозможность выдержать расчетные длины проводников и расстояние между слоями. Возможным вариантом двухфазной системы с бес-секторными обмотками является также система, представляющая собой четырехслойную обмотку, в которой внешние слои сдвигаются друг относительно друга на 180 эл. град, включаются встречно и образуют первую фазу; внутренние слои дополнительно сдвигаются на 90 эл. град и образуют вторую фазу. Первичная обмотка может быть при этом однослойной. Однако несложный расчет показывает, что, для того чтобы обеспечить равенство коэффицие itob взаимоиндукции для фаз вторичной с первичной обмоткой и их пространственную ортогональность, должно быть выдержано равенство- -толщины слоев и изоляционных промежутков с точностью долей микрометра, а угловой сдвиг между слоями - с точностью долей секунды.

Итак, в настоящее время индуктосин с сопряжением бессекторных обмоток для амплитудного и простых фазовых режимов нереализуем. Нужно, правда, оговориться, что погрешность измерения угла датчиком с фиксированной несимметриен имеет регулярный характер и в принципе может быть скомпенсирована, например, для фазовращателя - соответствующим подбором фазосдвигающих RC - цепей. Однако эта процедура достаточно сложна, а узлы измерительной системы становятся невзаимозаменяемы, что, как Правило, неприемлемо.

Значительно большие возможности открываются для построения многослойных систем с сопряжением бессекторных обмоток, если датчик предназначен для использования в режиме комбинированного фазовращателя с фильтром обратной последовательностп (см. п. 3). В этом случае двухфазные системы должны быть как на роторе, так и на статоре датчика. Принципиально важно, что малая несимметрия этих систем практически не сказывается на точности преобразования угла. Так, для рассмотренной выше че-тырехслойной обмотки нет уже необходимости задавать столь жесткие допуски на толщину слоев и угол сдвига между ними. Если, например, несимметрия первичной и вторичной двухфазных систем будет, например, по il7o (с учетом несимметрии источника питания и фазосдвигающих цепей фильтра обратной последовательности), то погрешность преобразования от этого фактора составит всего лишь 0,01 /о, что прн р=180 соответствует погрешности около 0,12 . Выполнение же систем с такой несимметрией возможно уже при современном состоянии техники многослойного печатного монтажа.

Легко выполнимой оказывается в этом случае и кольцевая бессекторная двухфазная обмотка (см. рис. 8).

Б этом случае, если несимметрия вторичной системы (с учетом фильтра обратной последовательности) будет, например, 1%, то рассчитанные ранее допуски расширяются в 100 раз и становятся легко выполнимыми. Сказанное в полной мере относится и к однослойной двухфазной бессекторной обмотке, составленной из трех кольцевых обмоток (см. рис. 5).

Вторичная двухфазная система может быть либо четырехслой-ной, либо двухслойной с фиксированной несимметрией с выполнением каждого из слоев по рис. 3; несимметрия такой обмотки может быть скомпенсирована соответствующим выбором элементов фильтра обратной последовательности.