ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ЯВЛЕНИЙ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Индукционные фазовые преобразователи перемещения.

Для построения преобразователей перемещения в фазу переменного напряжения (тока) используются обычно два метода;

а) параметрический;

б) индукционный с вращающимся магнитным полем.

В параметрических преобразователях измеряемое перемещение изменяет комплексное сопротивление цепи переменного тока.

Для построения преобразователей перемещения с фазовым (фазовращательным) выходом чаще используется вращающееся магнитное поле, так же как и в асинхронных (синхронных) электрических двигателях. Фазовращатели представляют собой электрическую машину переменного тока и состоят из статора и ротора. Чаще статор имеет несколько симметричных обмоток, сдвинутых в пространстве, к которым подводятся напряжения, сдвинутые соответственно по фазе, равные пространственному сдвигу между катушками. Обычно используются двухфазное или трехфазное питание, следовательно, статорные обмотки должны иметь сдвиг в пространстве соответственно 90° или 120°.

Рассмотрим работу двухфазного фазовращателя, электрическая схема которого приведена на рис. 1

Рис. 1. Двухфазный фазовращатель

Статорные обмотки и одинаковы, а их магнитные оси взаимноперпендикулярны. К ним подаются два переменных напряжения, но с одинаковой амплитудой и частотой, сдвинутые по фазе на 90°, при этом образуется вращающееся магнитное поле, индуктирующее в обмотке ротора W ЭДС, фаза которого линейно зависит от углового положения ротора.

Рис. 2. Векторная диаграмма магнитного поля

Получение вращающегося магнитного поля можно пояснить векторной диаграммой (рис. 2), где ''+1'', ''+j'' положительное направление вещественной и мнимой оси, совпадающее с магнитными осями катушек и (рис. 1).

Напряжения и создают соответственно потоки:

(2.2.1)

(2.2.2)

В момент времени поток и совпадает с вещественной осью (рис.2), . При имеем соответственно

(2.2.3)

(2.2.4)

Тогда модуль суммарного вектора:

, (2.2.5)

а угол сдвига

. (2.2.6)

Следовательно, при любом значении модуль суммарного потока остается постоянным, а угол φ пропорционален времени , так как Ф вращается с такой же угловой скоростью w, что и у питающего напряжения.

Направление вращения магнитного поля можно изменить на противоположное, переключив питающие напряжения.

Как уже было сказано, вращающееся магнитное поле индуктирует в обмотках ротора ЭДС, фаза которой определяется положением ротора – a.

При равенстве напряжений и угла сдвига фаз между ними, равным 90°, вращающееся магнитное поле будет круговым с постоянной угловой скоростью – w, следовательно, имеем равенство угла поворота и фазы выходного напряжения .

При несоблюдении указанных условий получается эллиптическое поле непостоянной угловой скоростью, приводящее к погрешности.

Преимущества рассматриваемого метода перед параметрическим определяются тем, что имеется линейная зависимость между углом поворота ротора и углом сдвига фазы практически в пределах 0¸360°. Одновременное изменение частот и амплитуд питающих напряжений не влияет на фазовый сдвиг.

Для построения преобразователя с фазовым выходом для описанного случая используют синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы. При этом напряжения и (рис.1) подаются соответственно на синусную и косинусную обмотки, расположенные в пространстве под углом 90° друг к другу.

Часто для получения вращающегося магнитного поля используется трёхфазный ток, следовательно, необходимо иметь систему из трёх катушек (обычно на статоре), сдвинутых в пространстве под углом 120° друг к другу.

Вращающееся магнитное поле так же, как и при двухфазном питании обмоток, наводит в роторной обмотке ЭДС с постоянной амплитудой и фазой, определяемой угловым положением ротора.

При питании трёхфазным током преобразователи перемещения с фазовым выходом можно построить на основе сельсинов, у которых статорная обмотка имеет трёхфазную обмотку.

В отличие от асинхронных (синхронных) двигателей обмотки сельсинов и вращающихся трансформаторов выполняются с большей симметрией.