直线式感应同步器结构和工作原理

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感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置,属模拟式测量,二者工作原理相同,其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。
感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种。
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成,用于直线位移测量,旋转式感应同步器由转子和定子组成,用于角位移测量。
1. 直线式感应同步器结构
直线感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。定尺与滑尺之间有均匀的气隙,在定尺表面制有连续平面绕组,绕组节距为P。滑尺表面制有两段分段绕组,正弦绕组和余弦绕组。它们相对于定尺绕组在空间错开1/4节距(1/4P),定子和滑尺的结构示意图如图6-7 所示。
直线式感应同步器结构和工作原理
定尺和滑尺的基板采用与机床床身材料热膨胀系数相近的钢板制成。经精密的照相腐蚀工艺制成印刷绕组。再在尺子的表面上涂一层保护层。滑尺的表面有时还贴上一层带绝缘的铝箔,以防静电感应。
2.感应同步器的工作原理
感应同步器的工作原理与旋转变压器基本一致。使用时,在滑尺绕组通以一定频率的交流电压,由于电磁感应,在定尺的绕组中产生了感应电压,其幅值和相位决定于定尺和滑尺的相对位置。如图6-8所示为滑尺在不同的位置时定尺上的感应电压。当定尺与滑尺重合时,如图中的a点,此时的感应电压最大。当滑尺相对于定尺平行移动后,其感应电压逐渐变小。在错开1/4节距的b点,感应电压为零。依次类推,在1/2节距的c点,感应电压幅值与a点相同,极性相反;在3/4节距的d点又变为零。当移动到一个节距的e点时,电压幅值与a点相同。这样,滑尺在移动一个节距的过程中,感应电压变化了一个余弦波形。滑尺每移动一个节距,感应电压就变化一个周期。
直线式感应同步器结构和工作原理
按照供给滑尺两个正交绕组励磁信号的不同,感应同步器的测量方式分为鉴相式和鉴幅式两种工作方式。
(1)鉴相方式
在这种工作方式下,给滑尺的sin绕组和cos绕组分别通以幅值相等、频率相同、相位相差90°的交流电压:
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励磁信号将在空间产生一个以ω为频率移动的行波。磁场切割定尺导片,并产生感应电压,该电势随着定尺与滑尺相对位置的不同而产生超前或滞后的相位差θ。根据线性叠加原理,在定尺上的工作绕组中的感应电压为:式中 ——定子正弦绕组轴线与转子工作绕组轴线之间的夹角;
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式中 ω——励磁角频率。
n——电磁耦合系数。
θ——滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角,直线式感应同步器结构和工作原理
可见,在一个节距内θ与 是一一对应的,通过测量定尺感应电压的相位θ,可以测量定尺对滑尺的位移 。数控机床的闭环系统采用鉴相系统时,指令信号的相位角θ1由数控装置发出,由θ和θ1的差值控制数控机床的伺服驱动机构。当定尺和滑尺之间产生了相对运动,则定尺上的感应电压的相位发生了变化,其值为θ。当θ≠θ1时,使机床伺服系统带动机床工作台移动。当滑尺与定尺的相对位置达到指令要求值时,即θ=θ1,工作台停止移动。
(2)鉴幅方式
给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、相位相同,幅值不同的交流电压:
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若滑尺相对于定尺移动一个距离 ,其对应的相移为 ,直线式感应同步器结构和工作原理
根据线性叠加原理,在定尺上工作绕组中的感应电压为:
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由以上可知,若电气角直线式感应同步器结构和工作原理已知,只要测出U0的幅值直线式感应同步器结构和工作原理,便可以间接地求出直线式感应同步器结构和工作原理。若直线式感应同步器结构和工作原理?= 直线式感应同步器结构和工作原理,则U0 = 0。说明电气角直线式感应同步器结构和工作原理的大小就是被测角位移直线式感应同步器结构和工作原理的大小。采用鉴幅工作方式时,不断调整直线式感应同步器结构和工作原理,让感应电压的幅值为0,用直线式感应同步器结构和工作原理代替对直线式感应同步器结构和工作原理的测量。
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