感应同步器

控制元件控制元件 9.3 感应同步器 概述 ： 高精度的转角和线位移测量元件 工作原理 ：利用两个平面形印制绕组的互感随位置不同而变化的原理工作。 激磁电压频率一般是 1 20kHz。 分类 ：直线式测量直线位移；旋转式测量转角。 结构 ：固定部件和运行部件两部分，其上各有绕组。 优点 ： 有很高的精度和分辩率； 抗干 扰 能力 强 ； 可以作 长 距离位移 测 量 ； 结 构 简单 、工作可靠、使用寿命长 。 缺点 ： 输 出信号弱，信号 处 理麻 烦 ，配套用于信号 处 理的 电 子 设备 （一般称 为 数 显 表）比 较 复 杂 ，价格高。 控制元件控制元件 直线式感应同步器的结构 由定尺和滑尺两部分组成，滑尺比定尺短。 定尺上绕组连续滑尺分为正弦和余弦两相绕组控制元件控制元件 绕组是由辐射状的导片组成。转子上的绕组是单相连续绕组，其径向导片数也称为极数。定子绕组是分段绕组，分为正弦和余弦两大组，交替排列，各自串联形成两相绕组。 直径越大，精度越高。 旋转式感应同步器的结构定子 转子控制元件控制元件 直线式感应同步器的工作原理 极距 是相邻金属片中心线间的距离。节距 L = 2，也称检测周期。正弦绕组 s和余弦绕组 c相距 3L / 4 。 定尺绕组通交流电激磁，产生一个多极的脉振磁场，磁极之间的距离是 ， 磁场分布周期是节距 L 。脉振磁场在滑尺绕组上产生感应电势，有效值随滑尺位移作周期性变化，周期为节距 L 。 控制元件控制元件 直 线 式感 应 同步器的 原理示意图控制元件控制元件 表示极距，它等于相邻金属导片中心线间的距离，它也就是两个相邻的磁极轴线（中心线）之间的距离。 L表示节距，它是定尺上磁场情况完全相同的最近两点的距离，且有 L=2。节距 L也称为检测周期。相邻的正弦绕组 s和余弦绕组 c之间相距 3L/4即 1.5。在定尺绕组中通入交流电激磁，在定尺平面附近将产生一个多极的脉振磁场，定子磁场是周期性分布的，其分布周期就是节距 L。设磁通最大瞬间磁通方向如图中 和 所示。脉振磁场在滑尺绕组上产生感应电势，这电势属于变压器电势，它的频率应与激磁电压频率相同，它的大小（有效值）取决于定、滑尺的耦合程度，即取决于定、滑尺的相对位置 。直 线 式感 应 同步器的工作原理 控制元件控制元件 分析感应电势有效值与滑尺的位移 x的关系。 在位置 1，位移 x=0,通过绕组 c的磁通最大，感应电势也必然最大，设此时的电势有效值为 Ec, Ec=+Em。这时通过绕组 s的磁通为零，所以绕组 s的电势有效值 . Es=0 在位置 2， x=L/4,绕组 c中的磁通为零，所以 Ec=0。这时通过绕组 s的磁通最大，设 Es=Em。 在位置 3， x=L/2,绕组 c中的磁通最大，且与位置 1中的相反，表明电势反相位且有效值最大，所以 Ec=-Em。而绕组 s中的磁通为零，所以 Es=0。直 线 式感 应 同步器的工作原理 控制元件控制元件 在位置 4， x=3L/4,绕组 c中的磁通为零，所以 Ec=0。而绕组 s中的磁通达到最大，但与位置 2中的磁通方向相反， Es=-Em。表明电势反相位且有效值最大。 当位移 x=L时，绕组 c、 s将处于和位置 1即 x=0时完全相同的磁场位置，故 c、 s中的感应电势也与位置 1时相同。 以上的分析表明 输 出的 电势 的大小随滑尺位移 x作周期性 变 化，周期 为 一个 节 距 L或两个极距 2。 一般 认为 感 应 同步 电势 的大小随滑尺的位移量按正弦函数（或余弦函数） 变 化。 直 线 式感 应 同步器的工作原理 控制元件控制元件 正弦绕组 s和余弦绕组 c中的感应电势有效值 Es和 Ec分别是位移 x的正弦函数和余弦函数，正、余弦函数的幅值为 Em。因为 L=2，所以有 直 线 式感 应 同步器的工作原理 感应同步器的电势有效值示意图控制元件控制元件 直 线 式感 应 同步器的工作原理 感应电势的瞬时值 设激磁电压为 则正弦绕组 s和余弦绕组 c中感应电势的瞬时值 和 为 控制元件控制元件 旋转式感应同步器的工作原理 当转子单相绕组激磁时，形成的磁极个数与径向导片数 N相等，而极对数 p为 两相邻导片间的夹角称为极距 ： 我们取正弦绕组输出电压有效值 为零时的转子位置作为电气零位，感应同步器转子从基准电气零位起始的角位移称为转子转角，记为 若激磁电压仍为 ,则正、余弦绕组 s和 c中感应电势的瞬时值分别为控制元件控制元件 关于感 应电势 的几个 结论 当单相连续绕组加激磁电压 时，无论是直线式感应同步器，还是旋转式感应同步器，它们的正弦绕组 s和余弦绕组 c中的感应电势都是正余弦交变电势，频率与激磁电压相同，相位与激磁电压相差 900，它们的有效值瞬时值可以统一表示为 有效值瞬时值控制元件控制元件 关于感 应电势 的几个 结论 对于直线式感应同步器对于旋转式感应同步器当正弦绕组 s和余弦绕组 c中分别换上有效值为 U的正弦（或余弦）交流激磁电压时，它们在单相连续绕组中感应的电势的有效值分别（下标 2表示副端） 无论是单相绕组激磁，感应电势都属于同频率的正弦电势，感应电势与激磁电压的相位差是 。一般取感应电势超前激磁电压。控制元件控制元件 感应同步器的信号处理 需要解决的几个问题： 1）正余弦函数在一个周期的范围内，函数值和角度间并不是单值对应关系。对于感应同步器的输出电压和电角度 e之间也同样如此。 2）当电角度超出一个周期的范围，即线位移和角位移大于 2个极距，这时必须记录、变化周期的个数才能确定电角度。 3)输出电压的误差大，但要求的测量精度很高。为了解决这些问题，就需要对感应同步器输出绕组的信号进行适当处理。 控制元件控制元件 感应同步器的信号处理 感应同步器有 鉴相型 和 鉴幅型 信号处理方式 ：又称为鉴相工作状态和鉴幅工作状态。 鉴 相型 处 理方式 鉴 相型 处 理方式又称 鉴 相工作状 态 ，它是根据 输 出 电势 的相位来 鉴别电 角度。它又分 为 单 相激磁 和 两相激磁 两种方式，但 输 出信号是相同的。 两相激磁式 ： 在感应同步器正弦绕组 s、余弦绕组 c上施加幅值和频率相同、相位差为 900的交流激磁电压 us和 uc。即 控制元件控制元件 感应同步器的信号处理 两个激磁绕组在单相绕组上感应的电势分别为 应用迭加原理可知单相绕组总感应电势 为 此时输出电势的幅值是一个不变的常值，而输出电势的相位改变量等于电角度 e。因此 通过输出的电势信号的相位改变量就可以知道电角度 e，从而可以求出对应的线位移或角位移。 控制元件控制元件 感应同步器的信号处理 单相激磁式 这时感应同步器的单相绕组加激磁电压 ,将正弦绕组输出电势移相后再与余弦绕组的相加作为输出电势。 移相 后得 控制元件控制元件 感应同步器的信号处理 鉴幅型处理方式 -鉴幅工作状态，根据输出信号的幅值鉴别电角度 e。 单相激磁和两相激磁两种方式 两相激磁式 两相激磁电压的幅值要按一定规律变化，具体加至正、余弦绕组的激磁电压为 激磁电压的幅值为某一角度 1的余弦和正弦函数，其中 1称为指令位移角，是已知的。单相绕组的总感应电势为 控制元件控制元件 感应同步器的信号处理 当鉴别出输出电势的幅值为零或使其为零时就说明 ,因此有 (k为零或整数 )。如能确保 k=0,则 ，因 1是已知的，所以就可确定 e。这种求 e的方法称为鉴幅型处理方法或 鉴零工作状态 。 控制元件控制元件 感应同步器的信号处理 单相激磁式 在单相绕组中加激磁电压。在正弦绕组 s和余弦绕组 c中的感应电势分别为 然后将它们送入函数变压器或其它装置中进行变换 ，再 送入加法器相加后作为输出信号。 感应同步器有几种信号处理方式？简要说明工作原理练习题控制元件控制元件那么，若求出 e，就可求出线位移 x或角位移 。感应同步器编码装置鉴相型数字编码装置感应同步器把位移转换成模拟信号，而编码装置的任务就是对模拟信号进行数字编码， 编码装置也叫数显表 。原理 ：鉴相工作状态时感应同步器输出的电压信号的表达式为控制元件控制元件 鉴相型数字编码装置 编码的原理 ：将被测正弦信号 e2与同频率的基准正弦信号的相位进行比较，将二者的相位差e转换成一定频率的脉冲个数。STBD 计数器 NSTASW脉冲源tn N原理方框图uBuA1控制元件控制元件 鉴相型数字编码装置 一、鉴相型编码原理 将被测信号 与基准信号 的相位进行比较，求出相位差 并转换成脉冲个数。 整形电路 ，双稳态触发器，上升沿触发。 计数器只在 ， 时间内计数。 控制元件控制元件 相位数字转换原理图控制元件控制元件 鉴相型数字编码装置 图中 STA、 STB是整形电路，它把正弦波变成方波， uA是基准正弦信号， uB是被检测信号，如感应同步器输出信号 e2。经整形后， uA变成 uA， uB变成 uB， SW是双稳态触发器，上升沿触发。 uA接置 0端， uB接置 1端， D是与门，脉冲源发出的脉冲信号始终加在 D的一个输入端。 D的另一个输入端与 SW的 1端相联。 SW输出为 1时，脉冲才能通过与门送到计数器，而 SW输出为 1的时间受相位角 e的控制，见图的波形 t 0： uA将 SW置 0，与门 D关闭； t t1： uB将 SW置 1，与门 D打开，脉冲进入计数器； t t2： uA又 将 SW置 0，与门 D关闭，脉冲停止进入计数器。 所以脉冲只在 t1 t2， t3 t4之间输出 1，使与门打开。计数器只在 t t2 t1， t t4 t3 时间内计数，所计的脉冲个数代表了 uA、 uB的相位差 e。 控制元件控制元件 鉴相型数字编码装置 由图知 t1时刻的 uB与 t2时刻的 uA相等，所以 若 e的绝对值小于 2 ，则 故设时钟脉冲周期为 tn， t时间内进入计数器的脉冲个数为 N，则 所以求出 e后就可求出对应的线位移或角位移。而且当 一定时，一个脉冲所代表的相位移取决于时钟脉冲周期。控制元件控制元件三大部分1.位移变成电信号 包括时钟脉冲、绝对相位基准、激磁、感应同步器和滤波整形电路。2.求电信号相位并转成数字 包括时钟脉冲、相对相位基准和鉴相器。3 .计数及显示 包括 计数脉冲门、显示计数器、加减计数逻辑、绝对零点、译码显示等。 鉴相型数显表控制元件控制元件 鉴幅型数显表 指令