ИССЛЕДОВАНИЕ МОМЕНТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Общие сведения о моментных преобразователях

Моментные преобразователи являются исполнительными элементами, создающими необходимые моменты в измерительных устройствах, построенных по уравновешивающей схеме. Наибольшее распространение моментные преобразователи нашли в гироскопических устройствах, в которых их часто называют моментными датчиками (в системах коррекции гироприбора) или стабилизирующими двигателями (в гиростабилизаторах).

Моментные преобразователи подразделяются на электрические и пневмогидравлические. Электрические, в свою очередь, можно разделить на электромагнитные, магнитоэлектрические, ферродинамические и индукционные.

Наибольшее применение нашли магнитоэлектрические и индукционные моментные преобразователи, обладавшие большой линейностью и стабильностью характеристик. Так же как и управляемые электродвигатели, моментные преобразователи работают в заторможенном режиме, но отличаются тем, что имеют ограниченный угол поворота (кроме индукционных) и должны обеспечивать длительную работоспособность с допустимым значением перегрева при максимальном входном сигнале.

3.2.2 Магнитоэлектрические моментные преобразователи

В магнитоэлектрических моментных преобразователях вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем катушки созданным управляющим током.

Преобразователи выполняются как с подвижной катушкой, так и с подвижным магнитом.

В преобразователях первой разновидности подвижная катушка располагается в зазоре между магнитом и магнитопроводом, которые неподвижны. Магнитопровод служит для уменьшения сопротивления магнитной цепи, тем самым увеличивается магнитная индукция в зазоре, следовательно, и чувствительность преобразователя. В случае внешнего расположения магнитопровода (рис. 1а) выполняет роль экрана, который предохраняет преобразователь от влияния внешних

постоянных полей.

Рис. 1 Схема внешнего (а) и внутреннего (б) расположения магнитопроводов

Конструктивная схема с подвижным магнитом не отличается от схемы с подвижной катушкой, при этом подвижным может быть только магнит или магнит с экраном (рис.2).

Рис.2 Схема с подвижным магнитом

С целью повышения чувствительности преобразователя увеличивают число пар полюсов магнита и соответственно число пар катушек. На рис. 3а показана конструктивная схема преобразователя с тремя парами полюсов, а на рис. 3б - электрическая схема одного из вариантов соединения катушек обмотки.

а) б)

Рис.3 Схема моментного преобразователя

Катушки выполняются бескаркасными и приклеиваются к поверхности цилиндра (рис. 3а) или сектора (рис. 2) из легко магнитного материала. Цилиндр (сектор) одновременно выполняет в этом случае и роль демпфера. Иногда изготовляют обмотку и без металлического цилиндра, катушки в этом случае заливают эпоксидной смолой и они образуют цилиндрическую поверхность.

Для определения ФП, представляющей зависимость между управляемым током и выходным моментом, воспользуемся законом электромагнитного взаимодействия. Сила взаимодействия между магнитом и проводником с током, расположенным перпендикулярно магнитному полю, равна:

(1.2.1)

где В – магнитная индукция;

L – активная длина проводника (т.е. длина проводника, находящегося в основном потоке постоянного магнита);

I – сила тока.

В приведенных конструктивных схемах обе противоположные стороны катушек являются активными, следовательно, вращающий момент определится следующим выражением:

(1.2.2)

где W– число витков катушки;

n – количество катушек обмотки;

– среднее расстояние от оси вращения до активной стороны витка.

Из полученного выражения момента видно, что при постоянной индукции во всех точках зазора имеем линейную ФП и чувствительность S:

(1.2.3)

Чувствительность не зависит от углового положения ротора относительно статора.

Практически удается получить постоянство индукции только в ограниченном диапазоне углов, при этом для системы с внешним магнитом этот угол получается большим, чем с внутренним.

Неоднородность индукции в зазоре объясняется не только ограниченными размерами полюсов, но и эксцентриситетом, технологическими отклонениями формы магнита и магнитопровода от цилиндрической, магнитной неоднородностью магнитопровода. При подвижном магните в этом случае появляется «нулевой» момент (возникающий при нулевом входном сигнале), так как сопротивление магнитной цепи будет зависеть от углового положения магнита относительно неподвижного магнитопровода. «Нулевой» момент при подвижном магните возникает также из-за остаточной намагниченности магнитопровода. Поэтому для уменьшения «нулевого» момента целесообразно делать подвижным магнит с магнитопроводом. В тех случаях, когда необходимо иметь подвижную часть малоинерционной, ее выполняют с подвижными катушками. Здесь также может возникнуть «нулевой» момент из-за гибких токопроводов.