旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器概述課件

1、 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器4.4.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 旋轉(zhuǎn)變壓器是基于互感原理工作的，當旋轉(zhuǎn)變壓器的一次側(cè)施加一定的交流電壓勵磁時，其二次側(cè)的輸出電壓將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角嚴格保持某種函數(shù)關(guān)系，一般用于精度要求不高的機床。其特點是堅固、耐熱和耐沖擊，抗振性好。它在結(jié)構(gòu)上與繞線轉(zhuǎn)子異步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，勵磁電壓接到定子繞組上，勵磁頻率通常為400Hz、500Hz、1000Hz及 5000Hz。1結(jié)構(gòu)組成 從轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的輸出方式來看，旋轉(zhuǎn)變壓器分為有刷和無刷兩種類型。在有刷結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子繞組的端點通過電刷和滑環(huán)引出。目前數(shù)控機床常用的是無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，其結(jié)構(gòu)如圖 4-18所示。

2、 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器圖4-18 無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)1-殼體 2-轉(zhuǎn)子軸 3-旋轉(zhuǎn)變壓器定子 4-旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子 5-變壓器定子 6-變壓器轉(zhuǎn)子 7-變壓器一次繞組 8-變壓器二次繞組無刷旋轉(zhuǎn)變壓器由兩部分組成：一部分稱為分解器，由旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子組成；另一部分稱為變壓器，用它取代電刷和滑環(huán)，其一次繞組與分解器的轉(zhuǎn)子軸固定在一起，與轉(zhuǎn)子軸一起旋轉(zhuǎn)。分解器中的轉(zhuǎn)子輸出信號接在變壓器的一次繞組上，變壓器的二次繞組與分解器中的定子一樣固定在旋轉(zhuǎn)變壓器的殼體上。工作時，分解器的定子繞組外加勵磁電壓，轉(zhuǎn)子繞組即耦合出與偏轉(zhuǎn)角相關(guān)的感應(yīng)電壓，此信號接在變壓器的一次繞組上，經(jīng)耦合由變壓器的二

3、次繞組輸出。 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器2工作原理 實際應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)變壓器為正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子各有相互垂直的兩個繞組，如圖4-19所示為正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖。定子上的兩個繞組分別為正弦繞組和余弦繞組，勵磁電壓用Us和Uc表示，轉(zhuǎn)子繞組中一個繞組為輸出電壓U2，另一個繞組短接。定子繞組通入不同的勵磁電壓，可得到鑒相型 和鑒幅型兩種工作方式。圖4-19 正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器1) 鑒相型工作方式定子的正、余弦繞組分別通入同幅、同頻，但相位差為/2的交流勵磁電壓，即 Us=Um sint Uc= Umsin(t+ /2)=Um cost當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)

4、時這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，經(jīng)疊加，在轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓為 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器 (4-6)式中：Um勵磁電壓幅值；k電磁耦合系數(shù)，k1；相位角(轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角)。同理，當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，可得 (4-7)(4-7)由式(4-6)、(4-7)式可以看出，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可知道轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和被測軸連接在一起的，故被測軸的角位移也就得到了。 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器2) 鑒幅型工作方式給定子的正、余弦繞組分別通以同頻率、同相位，但幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交流勵磁電壓，即 Us

5、= Um sinsintUc= Um cossint Um sin、Um cos分別為勵磁電壓的幅值 式中：給定電氣轉(zhuǎn)角。當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時，由于Us、Uc 的共同作用，經(jīng)疊加，在轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓為U2= KUmcos(-)sint (4-8)同理，轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，可得U2=KUmcos(+)sint (4-9)式(4-8)、(4-9)中，kUmcos(-)、 kUmcos(+)為感應(yīng)電壓的幅值。由式式(4-8)、(4-9)可以看出，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角而變化,測量出幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角，從而獲得被測軸的角位移。 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器4.4.2 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理1結(jié)構(gòu)組成

6、感應(yīng)同步器也是一種電磁式位置檢測傳感器，按結(jié)構(gòu)組成可分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。主要部件由定尺和滑尺組成，它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床中。旋轉(zhuǎn)式用來測量轉(zhuǎn)角位移，直線式用來測量直線位移。圖4-20所示為直線式感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)示意圖。 標準的直線式感應(yīng)同步器定尺長度為250mm，寬度為40mm，尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組；滑尺長100mm，尺上有兩組勵磁繞組，一組為正弦勵磁繞組，其電壓的Us，另一組為余弦勵磁繞組，其電壓為Uc。感應(yīng)繞組和勵磁繞組節(jié)距相同，均為2mm，用表示。當正弦勵磁繞組與感應(yīng)繞組對齊時，余弦勵磁繞組與感應(yīng)繞組相差1/4節(jié)距。也就是滑尺上的兩個繞組在空間位置上相差1/4節(jié)距。在數(shù)控機床

7、實際檢測中，感應(yīng)同步器常采用多塊定尺連接，相鄰定尺間隔通過調(diào)整，以使總長度上的累積誤差不大于單塊定尺的最大偏差。定尺和滑尺分別裝在機床床身和移動部件上，兩者平行放置，保持0.2mm0.3mm間隙，以保證定尺和滑尺的正常工作。 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器A-正弦勵磁繞組 B-余弦勵磁繞組圖4-20 直線式感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)示意圖 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器2工作原理 感應(yīng)同步器的工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。當勵磁繞組和感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化。感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器就是利用這個特點進行測量的。所不同的是，旋轉(zhuǎn)變壓器變化的是定子和轉(zhuǎn)子的

8、角位移，而直線式感應(yīng)同步器變化的是滑尺和定子的直線位移。 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器圖4-21 感應(yīng)同步器的工作原理 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器 圖4-21說明了定尺感應(yīng)電壓與定尺、滑尺繞組的相對位置的關(guān)系。若向滑尺上的正弦繞組通以交流勵磁電壓，則在定子繞組中產(chǎn)生勵磁電流，因而繞組周圍產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。這時，如果滑尺處于圖中A點位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對應(yīng)重合，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺相對定尺做平行移動，感應(yīng)電壓逐漸減小。當滑尺移動至圖中B點位置，即與定尺繞組剛好錯開1/4節(jié)距時，感應(yīng)電壓為零。再繼續(xù)移至1/2節(jié)距處，即圖中C點位置時，為最大的負值電壓（即感應(yīng)電壓的幅值與A

9、點相同但極性相反）。再移至3/4節(jié)距，即圖中D點位置時，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱?。當移動到一個節(jié)距位置即圖中E點，又恢復初始狀態(tài)，即與A點情況相同。顯然，在定尺和滑尺的相對位移中，感應(yīng)電壓呈周期性變化，其波形為余弦函數(shù)。在滑尺移動一個節(jié)距的過程中，感應(yīng)電壓變化了個余弦周期。 根據(jù)勵磁繞組中勵磁方式的不同，感應(yīng)同步器也有鑒相型和鑒幅型兩種工作方式 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器1) 鑒相型工作方式 給滑尺的正弦勵磁繞組和余弦勵磁繞組分別通以頻率相同、幅值相同，但相位差為/2的勵磁電壓，即 Us= Um sintUc= Umsin(t+ /2)=Um cost 勵磁信號將在空間產(chǎn)生一個以為頻率移動的行波。磁場切割定尺繞組，并在定尺繞組中感應(yīng)出電勢，該電勢隨著定尺與滑尺相對位置的不同而產(chǎn)生超前或滯后的相位差。按照疊加原理可以直接求出感應(yīng)電勢(4-10) 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器由定尺與滑尺相對位置關(guān)系可得:所以從式(4-11)可以看出，定尺的感應(yīng)電壓與滑尺的位移量有嚴格對應(yīng)關(guān)系。通過測量定尺感應(yīng)電壓的相位，即可測得滑尺的位移量。 (4-11) 4.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器2) 鑒幅型工作方式將滑尺的正弦勵磁繞組和余弦勵磁繞組分別通以相位相同、頻率相同，但幅值不同的勵磁電壓，即