Кольцевой индукционный датчик угла - Курсовая работа

Для определения углового положения гироскопа и передачи этих данных в систему управления гироприбором необходимо преобразовывать угол поворота кардановых колец в другую физическую величину, более удобную для дистанционной передачи и дальнейшего использования [1]. К датчикам угла, применяемым в гироприборах, предъявляются следующие требования [1]: 1. момент, прикладываемый со стороны датчика к гироскопу,должен быть минимальным; 2. характеристика датчика должна быть линейной , где Uвых - напряжение, снимаемое с датчика; a - угол поворота ротора; кд - коэффициент пропорциональности, который называется крутизной характеристики датчика; 4. масса и габариты подвижных частей датчика должны быть также минимальны, с тем чтобы не увеличивать трение в опорах гироприбора; 5. мощность сигнала, снимаемого с датчика, должна быть максимально большой; это позволяет в ряде случаев не прибегать к усилению сигнала, что упрощает общую схему;Кольцевые датчики угла представляют собой поворотные трансформаторы плоского типа с переменным коэффициентом трансформации, который изменяется в зависимости от относительного углового положения ротора и статора датчика [2]. Основными величинами, характеризующими работу датчика угла, являются: 1) потребляемые мощность и ток при номинальных значениях напряжения возбуждения и частоты сети; значение реактивного момента, По принципу изменения коэффициента взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками кольцевые датчики делятся на три типа: датчики со сосредоточенными или распределенными обмотками на статоре и роторе; У большинства датчиков угла коэффициенты взаимоиндукции между обмотками статора и ротора изменяются по синусоидальному закону от электрического угла поворота ротора аэ = ра. Датчик с короткозамкнутой обмоткой на роторе имеет сравнительно простую конструкцию, однако наличие на роторе контура с током приводит к появлению момента обратного воздействия, который превышает соответствующую величину момента для датчиков угла с обмотками на роторе и статоре.Двухполюсные КИДУ выполняются как неявнополюсные электрические машины [1], имеющие равномерно распределенные пазы на статоре и роторе (рисунок 2.1). В пазы статора и ротора укладываются по две взаимно перпендикулярные обмотки; закон распределения витков по пазам подбирается таким образом, чтобы коэффициент взаимоиндукции между обмотками статора и ротора изменялся по синусоидальному (косинусоидальному) закону от угла поворота ротора.Здесь f - обмотка возбуждения (field winding); k - квадратурная обмотка (killer winding); a - косинусная обмотка; б - синусная обмотка. При включении обмотки возбуждения в сеть переменного тока в расточке машины образуется переменный продольный магнитный поток Ф, ось которого совпадает с осью обмотки возбуждения. Здесь и - эффективные значения витков обмотки возбуждения и вторичных обмоток; Е - действующее значение вторичной э. д. с, когда оси обмоток совпадают (a = 0). Вторичная обмотка показана для случая, когда ее ось совпадает с осью обмотки возбуждения. Во вторичных обмотках а и b появляются токи и , которые совместно с токами в обмотке возбуждения создают намагничивающие силы по продольной оси: (3.5) по перечной осиКИДУ характеризуется рядом величин, определяющих возможность его применения в той или иной схеме и точность работы. К величинам первой группы относятся: - номинальное напряжение возбуждения; f - частота сети; k - коэффициент трансформации или коэффициент передачи по напряжению ; - входное и выходное сопротивления; - угол сдвига фазы между вторичной э. д. с. и приложенным напряжением. Имея эти параметры, нетрудно определить любые электромагнитные величины, характеризующие работу КИДУ в схеме: потребляемые ток и мощность, выходное напряжение, оптимальную нагрузку и т.п. Относительная амплитудная ошибка в синусоидальной зависимости вторичной э.д.с. от угла поворота ротора; она выражается в процентах или угловых минутах: , (3.17) где максимальная угловая ошибка в минутах Вследствие электрической и магнитной асимметрии магнитопровода от различных"технологических причин при однофазном питании КИДУ образуется эллиптическое вращающееся магнитное поле, которое индуктирует во вторичных обмотках э.д.с, сдвинутую по фазе на некоторый угол по отношению к э.д.с. от основного магнитного потока.Всем описывающим электроэлементам присущи погрешности, которые по физическим причинам можно разделить на четыре основные группы: погрешности, вытекающие из принципа работы датчика; Для выше рассмотренных типов датчиков погрешности, вызывающие нарушение этой пропорциональности, которая чаще всего выражается линейным законом, не связаны с принципом работы датчиков, а являются следствием влияния причин последующих групп. Поэтому нелинейность кривой намагничивания, приводит к. увеличению остаточного напряжения датчиков за счет присутствия в нем четных гармоник. Следует отметить, что все явления, связанные с искажением кривой намагничивания, в датчиках рамочного типа проявляются в значительно меньшей степени, чем в

Содержание

Введение

1. Конструкция кольцевых датчиков угла

2. Конструкция двухполюсного КИДУ

3. Принцип действия КИДУ

3.1 Уравнения э. д. с.

3.2 Параметры КИДУ

4. Погрешности КИДУ

4.1 Классификация погрешностей

5. Расчет КИДУ

5.1 Выбор геометрии магнитопровода

5.2 Расчет обмоток и параметров КИДУ

6. КИДУ со скосом пазов

Заключение

Список использованных источников

Для определения углового положения гироскопа и передачи этих данных в систему управления гироприбором необходимо преобразовывать угол поворота кардановых колец в другую физическую величину, более удобную для дистанционной передачи и дальнейшего использования [1]. Устройства, выполняющие такого рода преобразование, называются датчиками угла.

К датчикам угла, применяемым в гироприборах, предъявляются следующие требования [1]: 1. момент, прикладываемый со стороны датчика к гироскопу,должен быть минимальным;

2. характеристика датчика должна быть линейной , где Uвых - напряжение, снимаемое с датчика; a - угол поворота ротора; кд - коэффициент пропорциональности, который называется крутизной характеристики датчика;

3. порог чувствительности должен быть минимальным, с тем чтобы обеспечить фиксирование достаточно малых углов поворота гироскопа;

4. масса и габариты подвижных частей датчика должны быть также минимальны, с тем чтобы не увеличивать трение в опорах гироприбора;

5. мощность сигнала, снимаемого с датчика, должна быть максимально большой; это позволяет в ряде случаев не прибегать к усилению сигнала, что упрощает общую схему;

6. характеристика датчика должна быть стабильной и не зависимой от условий работы прибора;

7. остаточный сигнал датчика и шумы должны быть минимальными; в выходном напряжении датчиков, работающих на переменном токе, не должно быть высших гармоник, помех и остаточных э. д. с, сдвинутых по фазе на 90° относительно полезного сигнала.

Перечисленные требования иногда оказываются противоречивыми; так, например, увеличение выходной мощности приводит к увеличению момента, создаваемого датчиком. Решение вопроса о том, какое из перечисленных требований является основным, зависит от типа гироскопической системы, ее назначения и требуемой точности.

В качестве датчиков угла могут применяться различного типа устройства: потенциометрические, индукционные, емкостные, фотоэлектрические, пневматические, электромашинные и т. п. В настоящем курсовой работе рассматриваются кольцевые индукционные датчики угла (КИДУ).

Основными достоинствами КИДУ являются [1]: 1. отсутствие механического контакта между подвижной и неподвижной частями датчика, вследствие чего при работе датчика не возникают моменты сил сухого трения;

2. возможность обеспечения большого рабочего угла;

3. достаточно высокая разрешающая способность;

4. простота конструкции датчика, обусловливающая высокую надежность работы и малую стоимость;

5. удобство компоновки в приборе вследствие симметричности конструкции;

6. возможность использования в различных режимах работы.

Основными недостатками КИДУ являются: 1. наличие остаточного сигнала и сравнительно большого обратного момента;

2. небольшая мощность выходного сигнала, что требует применения усилителя;

3. зависимость выходного сигнала от нестабильности напряженияи частоты питания;

4. необходимость специальных токоподводов для обеспечения безмоментной электрической связи обмоток ротора с другими электроэлементами, расположенными на неподвижной части гироприбора;

5. сравнительно большая масса и габариты.

Вследствие указанных недостатков КИДУ в настоящее время не удовлетворяют жестким требованиям, предъявляемым к датчикам углов для прецизионных гироприборов. Поэтому в качестве линейных датчиков углов КИДУ применяются только в гироприборах средней и низкой точности.