Динамо-машины  Прецизионные датчики, индукция 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

измерительного фазовращателя с пульсирующим или вращающимся полем. Поскольку, однако, п ряде случаев имеется возможность увеличения диаметра обмоток д laquo; 2С0-300 мм, целесообразно исследовать возможные варианты бессекторных обмоток, приведенные в п. 1.

В одпослой.чом исполнении очевидным является такой вариаат облюток, когда фазы двухфазной обмотки выполнены в виде двух радиальных концентрпчпо рпслоложенпых кольцевых обмоток с различной шириной колец (см. рнс. 4), а однофазная обмотка в виде секторной об.мотки с нечетным ч1юлом проводников в секторе (см. рнс. 3). Хотя одна нз обмоток и осталась секторной (это не-обходимо дл gt;1компенсации ЭДС от периферических токов), тем не менее ее обмоточные F lt;oэффициeIlTbl р,ля всех гармоник, не крат-пых рабочей, равшл пулю, к в этом смысле она полностью идентична бессекторпой обмотке. Однако система, составленная из таких обмоток., обл!аласт сущестпеиным 1;едостатком: при изменении зазора от номинального резко нарушается ее простраиствеикая симметрия.

Определим т)ебовапня к точности установки к стабильности зазора.

Обозпачи.м радиальную длину внешней обмотки через /щя, внутренней - через /про. Средние диаметры соответственно Dcpi и jDcp2, номинальный зазор через h.

Условие симметрии по амплитуде определяется выражением

:пр1 ехр ( -

2р1ц

пр2 ехр

Отсюда

пр2 - пр1 ехр

Ср2 1

V cpi

(84)

Положим, что зазор отклонился от номинального на eh. Прн этом BosinncaeT относительная несимметрия коэффициентов связи

т = 1

-2р (/ц + 6/г)

с pi

Учитывая выражение (R4), получим

6Л4 = 1 - ехр

- 2/96/1 (

Размах погрешности при отклонении зазора от поминального на eh

е .ig laquo;( gt;cpi-Pcp2)

рад.

При jD lt;:i,i = 80 мм; jDcpj/O мм получим, что для того чтобы погрешность не превзошла Г, необходимо обеспечить отьлоненис зазора от номинала не более 0.12 мкм, что практически нереально. Даже при raquo;ст=300 и Лсру.=290 допуск расширяется всего лишь До 2 мкм. Итак, недостатком обмотки типа, показанной на рнс 4, является высокая чувствительность к изменению зазора. Этот не-

достаток е существенно меньшей степени присущ двухфазной обмотке, состоящей из трех кольцевых обмоток (см. рис. Ь). Первая фаза образована последовательным соединением внешнего и внутреннего колец, а среднее кольцо является второй фазой. Условие симмметрии запишется как

(- + \) (-

Положив /1=3= 2/2 и Df.p2 ~ (cpi + срз).

получим приближенно

е laquo; 46ft(Dcpi-Pcp3) cpi срз (cpi -Ь Daps)

При Dcpi=100 и )cps=80 получим, что при 6=1 , 6/i lt;4,5 мкм, т. е. более чем на порядок выше, чем для обмотки из двух колец. Однако это все еще слишком жесткое условие. Но уже при jDcpi = =300 мм и Dcp3=280 мм для 6=1 получим реально выполнимое условие

6А lt;0,15 мм.

Таким образом, однослойные кольцевые обмотки рассмотренного типа практически реализуются лишь при весьма больших габаритных размерах датчика.

При малых же габаритных размерах, если даже обеспечивается стабильность зазора во времени, при установке датчика практически крайне сложно отыскать номинальный зазор, учитывая, что имеет место разброс значений /пр1 gt; /прз, пра и Dcfi jDcps, Dcps-

Кроме того, в рассмотренной обмотке достаточно сложно обеспечить пространственную ортогональность обмоток, учитывая необходимость переналадки разметочного устройства при переходе с обмотки на обмотку.

Исследуем теперь системы с многослойными обмотками.

Рассмотрим вначале датчики, предназначенные для работы в амплитудном режиме или одном из простых режимов фазовращателя: с пульсирующим или вращающимся полем (см. п. 3).

Как известно, для таких ре:5 lt;имов требуется полная симметрия индукционной системы. Пока известен лишь один вариант многофазного многослойього датчика, обладающего полной симметрией, принципиально не зависящей от зазора [25].

Рассмотрим этот вариа) т на примере двухфазной двухслойной секционированной обмотки.

Каждый слой такой обмотки представляет собой обычную двухфазную секционированную обмотку: слои сдвинуты друг относительно друга на угол, ближайший к n/N {N - число секторов в фазе) и кратный я/р.

Каждая фаза полной обмотки оказывается транспонировапнон из, слоя в слой; сектора различных фаз расположены в слоях друг против друга (см. рис. 7). Физический смысл такого расположения слоев обмоток состоит в том, чтобы для каждой фазы как можно точнее приблизиться к бессекторной обмотке.

Достоинством секторной многослойной обмотки является то, что нет особой необходимости строго выдерживать определенный выше угол сдвига между слоями - симметрия двухфазной системы не нарушается, так как каждый слой представляет симметричную двухфазную систему.

Рассмотрим теперь, насколько рассматриваемая обмотка удовлетворяет первому условию идеальной двухфазной обмотки. Для этого вычислим коэффициент интегрального эффекта двухслойной секторной обмотки.

Прн выводе коэффициентов интегрального эффекта используем результаты., полученные в п. 12. Определим вначале относительный -ебмоточн-ьш- -коэффициент для гармоники порядка v. Если сигнал гармоники порядка, v в первой фазе обращенного к зазору слоя .обозначить через и определить по формуле I

здесь - относительный обмоточный коэффициент однослойной обмотки; определяется выражением (76), то сигнал этой же гармоники также в первой фазе второго слоя

Е = Е k е-/РЛ sin V (ф + 6),

где 6 - угол сдвига между слоями, равен ближайшему к я/Л/ числу be

и кратному п/р, ас = - Амплитуда суммарного сигнала

= -v *vl / ~ ~ 2*/jV/pac) - 2 ехр - kn cos .

Для рабочей гармоники имеем

2;р[1+ехр(-Kcftft)].

Относительный обмоточный коэффициент для гармоники порядка V двухслойной обмотки

1 + ехр (- 2V/pac) - 2 ехр - к ~ с j cos vB

l+exp(-a,/fe,) -

Вычисление коэффициентов интегрального эффекта ведем по формуле (74) с заменой в (74) на

Результаты расчетов для датчика с S=15 (р=180, N=2A) приведены на рис. 73, а, б. По оси у отложено отношение коэффициентов интегрального эффекта двухслойной обмотки рассмотренного типа к этим же коэффициентам для обычной однослойной обмотки. Из кривых следует, что даже в случае ас=0 (бесконечно тонкие слои) для реальных значений /гл = 0,71,5 увеличение коэффициентов Интегрального эффекта происходит не столь уж значительно - всего в 2-2,5 раза (и это при том, что мы приняли расстояние между Слоями постоянным по всей площади обмоток).