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(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的一次側(cè)施加一定的交流電壓勵(lì)磁時(shí)，其二次側(cè)的輸出電壓將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角嚴(yán)格保持某種函數(shù)關(guān)系，一般用于精度要求不高的機(jī)床。其特點(diǎn)是堅(jiān)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(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，勵(lì)磁電壓接到定子繞組上，勵(lì)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(lái)看，旋轉(zhuǎn)變壓器分為有刷和無(wú)刷兩種類型。在有刷結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子繞組的端點(diǎn)通過(guò)電刷和滑環(huán)引出。目前數(shù)控機(jī)床常用的是無(wú)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(wú)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(wú)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(hào)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(shí)，分解器的定子繞組外加勵(lì)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(hào)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(shí)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(gè)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(gè)繞組分別為正弦繞組和余弦繞組，勵(lì)磁電壓用Us和Uc表示，轉(zhuǎn)子繞組中一個(gè)繞組為輸出電壓U2，另一個(gè)繞組短接。定子繞組通入不同的勵(lì)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(lì)磁電壓，即 Us=Um sint Uc= Umsin(t+ /2)=Um cost當(dāng)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)

4、時(shí)這兩個(gè)勵(lì)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(lì)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(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，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(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要檢測(cè)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(cè)軸連接在一起的，故被測(cè)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(lì)磁電壓，即 Us

5、= Um sinsintUc= Um cossint Um sin、Um cos分別為勵(lì)磁電壓的幅值 式中：給定電氣轉(zhuǎn)角。當(dāng)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)，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(cè)量出幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角，從而獲得被測(cè)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(cè)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(jī)床中。旋轉(zhuǎn)式用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)角位移，直線式用來(lái)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的直線式感應(yīng)同步器定尺長(zhǎng)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(zhǎng)100mm，尺上有兩組勵(lì)磁繞組，一組為正弦勵(lì)磁繞組，其電壓的Us，另一組為余弦勵(lì)磁繞組，其電壓為Uc。感應(yīng)繞組和勵(lì)磁繞組節(jié)距相同，均為2mm，用表示。當(dāng)正弦勵(lì)磁繞組與感應(yīng)繞組對(duì)齊時(shí)，余弦勵(lì)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(gè)繞組在空間位置上相差1/4節(jié)距。在數(shù)控機(jī)床

7、實(shí)際檢測(cè)中，感應(yīng)同步器常采用多塊定尺連接，相鄰定尺間隔通過(guò)調(diào)整，以使總長(zhǎng)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(jī)床床身和移動(dòng)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(lì)磁繞組 B-余弦勵(lì)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(dāng)勵(lì)磁繞組和感應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，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(gè)特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)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(shuō)明了定尺感應(yīng)電壓與定尺、滑尺繞組的相對(duì)位置的關(guān)系。若向滑尺上的正弦繞組通以交流勵(lì)磁電壓，則在定子繞組中產(chǎn)生勵(lì)磁電流，因而繞組周圍產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這時(shí)，如果滑尺處于圖中A點(diǎn)位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對(duì)應(yīng)重合，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺相對(duì)定尺做平行移動(dòng)，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)滑尺移動(dòng)至圖中B點(diǎn)位置，即與定尺繞組剛好錯(cuò)開1/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電壓為零。再繼續(xù)移至1/2節(jié)距處，即圖中C點(diǎn)位置時(shí)，為最大的負(fù)值電壓（即感應(yīng)電壓的幅值與A

9、點(diǎn)相同但極性相反）。再移至3/4節(jié)距，即圖中D點(diǎn)位置時(shí)，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱?。?dāng)移動(dòng)到一個(gè)節(jié)距位置即圖中E點(diǎn)，又恢復(fù)初始狀態(tài)，即與A點(diǎn)情況相同。顯然，在定尺和滑尺的相對(duì)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(dòng)一個(gè)節(jié)距的過(guò)程中，感應(yīng)電壓變化了個(gè)余弦周期。 根據(jù)勵(lì)磁繞組中勵(lì)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(lì)磁繞組和余弦勵(lì)磁繞組分別通以頻率相同、幅值相同，但相位差為/2的勵(lì)磁電壓，即 Us= Um sintUc= Umsin(t+ /2)=Um cost 勵(lì)磁信號(hào)將在空間產(chǎn)生一個(gè)以為頻率移動(dòng)的行波。磁場(chǎng)切割定尺繞組，并在定尺繞組中感應(yīng)出電勢(shì)，該電勢(shì)隨著定尺與滑尺相對(duì)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(shì)(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(duì)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(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)測(cè)量定尺感應(yīng)電壓的相位，即可測(cè)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(lì)磁繞組和余弦勵(lì)磁繞組分別通以相位相同、頻率相同，但幅值不同的勵(lì)磁電壓，即