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。
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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。
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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,
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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 ,
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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
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