Индукционные моментные преобразователи

Индукционные моментные преобразователи представляют собой двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, работающие в заторможенном режиме и имеющие много общего с управляемым асинхронным двигателем. Отличие от управляемых асинхронных двигателей определяется тем, что моментные преобразователи в основном работают без редукторов и поэтому не имеют подшипниковых узлов, а выполняются в виде двух разделенных частей: статора и ротора, которые закрепляются на неподвижные и подвижные части измерительного устройства, например, гироскопического.

На статоре преобразователя располагаются две смещенные в пространстве на 90 градусов обмотки возбуждения ( ) и управления ( ) (рис 4).

Рис. 4 Схема моментного индукционного преобразователя

Ротор преобразователя выполняется в виде немагнитного полого стакана (рис. 5а) или диска, либо обмедненного ферромагнитного цилиндра. В этом случае получается наибольшая его электрическая симметрия и уменьшается «нулевой момент».

а) б) в)

Рис. 5 Различные варианты роторов МП

Для увеличения чувствительности иногда применяют ротор типа беличья клетка, выполненный как и у обыкновенных асинхронных двигателей из шихтованной стали, но при этом для уменьшения «нулевого момента» обмотки ротора должны иметь сравнительно большое активное сопротивление.

Обмотка возбуждения во время работы постоянно подключена к источнику переменного напряжения с номинальным действующим значением , а на обмотку управления подается управляющее напряжение , которое сдвинуто по фазе на некоторый угол по отношению к напряжению возбуждения.

В результате этого обмотки образуют элептически вращающееся магнитное поле, которое при взаимодействии с коротко замкнутым ротором создает вращающий момент.

Величина момента при насыщенной магнитной системе определяется по формуле:

(1.2.4)

где – коэффициент пропорциональности.

Обозначим через момент при круговом поле

( ; ),

тогда:

(1.2.5)

где , – коэффициент управления

Номинальный момент преобразователя при круговом вращающемся магнитном поле (рис. 4б) находится из выражения:

(1.2.6)

где m – количество фаз питающего напряжения;

p – число пар полюсов статора;

– частота питающего напряжения;

– ток в цепи эквивалентной схемы при круговом поле;

, – эквивалентное сопротивление контуров намагничивания и ротора.

Индукционные магнитные преобразователи нашли широкое применение в связи с их достоинствами; возможностью получения независимости величины момента от положения ротора в пределах одного оборота, что недостижимо для преобразователей других типов; хорошей линейностью ФП.

Рис. 6 Функция преобразования МП

Основные недостатки индукционных преобразователей – невысокое значение выходного момента, особенно с немагнитным ротором, и трудность обеспечения достаточно малого «нулевого момента».

Так как моментные преобразователи работают в заторможенном режиме, основными причинами, вызывающими «нулевой момент», являются паразитные короткозамкнутые витки в магнитопроводе. Вследствие этого поток возбуждения получает дополнительный фазовый сдвиг, приводящий к образованию вращающегося магнитного поля, т.е. «нулевого момента»

Выполнение ротора с большим активным сопротивлением позволяет повысить электрическую симметрию преобразователя, следовательно, несколько уменьшает и «нулевой момент», но при этом уменьшается и его чувствительность. Для уменьшения «нулевого момента» необходима тщательная сборка магнитопровода.

В исполнительных асинхронных двигателях роторы также выполняются с повышенным активным сопротивлением. Это делается с целью устранения самохода двигателя, т.к. исполнительные двигатели должны быть управляемыми и при отсутствии входного сигнала (при включенной обмотке возбуждения) двигатель должен остановиться.

В точных моментных преобразователях для повышения температурной стабильности, чувствительности используется токопроводящее покрытие ротора металлом с малым коэффициентом сопротивления, например, манганином, но такое покрытие по сравнению с медным снижает чувствительность преобразователя. Иногда для той же цели применяют схемные методы.