直線式感應(yīng)同步器

直線式感應(yīng)同步器第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應(yīng)同步器利用兩個(gè)平面形印刷繞組，其間保持均勻氣隙作相對(duì)平行移動(dòng)，根據(jù)交變磁場和互感原理而工作的。第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六W2片寬a2間隔b2定尺為連續(xù)繞組，節(jié)距W2＝2(a2＋b2)，其中a2為導(dǎo)電片寬，b2為片間間隙，定尺節(jié)距即為檢測(cè)周期W，常取W2＝2mm?；邽榉侄卫@組，分為正弦和余弦繞組兩部分,兩繞組的節(jié)距都為W1＝2(a1＋b1)，一般取W1＝W2或W1＝2W2/3。2＇121＇l1W1a1b1第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六0.15~0.35mm節(jié)距2τ（2mm）節(jié)距（0.5mm）直線式感應(yīng)同步器的安裝結(jié)構(gòu)：二尺與導(dǎo)軌平行sincos定尺（連續(xù)感應(yīng)繞組）：固定在機(jī)床的固定部件滑尺（分段勵(lì)磁繞組：正弦+余弦）：固定在移動(dòng)部件滑尺上有正弦和余弦勵(lì)磁繞組，在空間位置上相差1/4節(jié)距，定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同。第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六若滑尺繞組加勵(lì)磁電壓，則由于電磁感應(yīng)而在定尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其大小取決于滑尺與定尺的相對(duì)位置。直線式感應(yīng)同步器的工作原理2ττ/2E定尺正弦繞組滑尺余弦繞組VsVci1i2（當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對(duì)齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞組相差1/4節(jié)距。）第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六當(dāng)滑尺處于A位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對(duì)應(yīng)重合，定尺繞組線圈中穿入的磁通最多，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)，穿入定尺的磁通逐漸減少，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)滑尺移到圖中B點(diǎn)位置，與定尺繞組剛好錯(cuò)開1/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電壓為零。當(dāng)只給滑尺上正弦繞組加勵(lì)磁電壓時(shí)，定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺的相對(duì)位置關(guān)系如圖所示第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六再移動(dòng)至1/2節(jié)距處，即圖中C點(diǎn)位置時(shí)，定尺線圈中穿出的磁通最多，感應(yīng)電壓最大，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)一個(gè)節(jié)距位置如圖中E點(diǎn)，又恢復(fù)到初始狀態(tài)，與A點(diǎn)相同。在定尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過程中，感應(yīng)電壓近似于余弦函數(shù)變化了一個(gè)周期，如圖中ABCDE。第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六距離U第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六若勵(lì)磁電壓

u＝Umsinωt則定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e

e＝kUmcosθcosωt式中Um—?jiǎng)?lì)磁電壓幅值(V)

ω—?jiǎng)?lì)磁電壓角頻率(rad/s)k—電磁耦合系數(shù)，與繞組間最大互感系數(shù)有關(guān)；

θ—滑尺繞組相對(duì)定尺繞組在空間的電氣相位角；kUm

—為感應(yīng)電壓的幅值。第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應(yīng)同步器的信號(hào)處理原理滑尺正弦繞組上加激磁電壓Us后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為：

Uos=KUScosθ1滑尺余弦繞組上加激磁電壓Uc后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為：

Uoc=KUccos（θ1+π/2）

=－KUcsinθ1第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六滑尺正、余旋繞組上同時(shí)加激磁電壓Us、Uc時(shí)，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺繞組上的總感應(yīng)電壓為：

Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1K—電磁感應(yīng)系數(shù)

θ1—定尺繞組上的感應(yīng)電壓的相位角第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六感應(yīng)同步器就是利用感應(yīng)電勢(shì)的變化，來檢測(cè)在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)的位移量，為絕對(duì)式測(cè)量。設(shè)滑尺繞組的節(jié)距為2τ，它對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)按余弦函數(shù)規(guī)律將變化2π。若滑尺的移動(dòng)距離為x，則對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電勢(shì)以余弦函數(shù)將變化θ：根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓Us、Uc供電方式的不同可構(gòu)成不同檢測(cè)系統(tǒng)——-鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應(yīng)同步器的應(yīng)用方式1）鑒相工作方式

根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測(cè)位移量供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號(hào)是頻率、幅值相同，相位相差90°的交流勵(lì)磁電壓

Us＝UmsinωtUc=Um（sinωt+π/2）=Umcosωt當(dāng)滑尺移動(dòng)x距離時(shí)，則定尺上的感應(yīng)電壓為

Ud1＝kUscosθ＝kUmsinωtcosθUd2＝kUccos（θ＋π/2）＝－kUmcosωtsinθ第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六應(yīng)用疊加原理得出定尺繞組中的感應(yīng)電壓為Ud=Ud1＋Ud2＝kUmsin（ωt－θ）通過鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位，即可測(cè)量定尺和滑尺之間的相對(duì)位移。Um—?jiǎng)?lì)磁電壓幅值(V)

ω—?jiǎng)?lì)磁電壓角頻率(rad/s)k—電磁耦合系數(shù)，與繞組間最大互感系數(shù)有關(guān)；

θ—滑尺繞組相對(duì)定尺繞組在空間的電氣相位角；kUm—為感應(yīng)電壓的幅值。例：感應(yīng)電勢(shì)與勵(lì)磁電壓相位差θ=1.8°，節(jié)距W=2mm，由θ=2πx/Wx=0.01mm第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六2）鑒幅工作方式

根據(jù)定尺輸出的感應(yīng)電勢(shì)的振幅變化來檢測(cè)位移量。給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以為同頻率、同相位，但不同幅值，即

Us＝UmsinαsinωtUc＝Umcosαsinωt式中α—?jiǎng)?lì)磁電壓的給定為電氣角.分別勵(lì)磁時(shí)，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感應(yīng)電勢(shì)分別為：

Uds＝kUmsinαcosωtcosθUdc＝kUmcosαcos(θ＋π/2)cosωt＝－kUmcosαcosωtsinθ第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應(yīng)電勢(shì)Ud為

Ud＝Ud

s＋Udc＝kUmsinαcosθcosωt－kUmcosαsinθcosωt

＝kUmsin（α－θ）sinωt

定尺繞組中的感應(yīng)電壓Ud的幅值為

Umsin（α－θ）若電氣角α已知，則只要測(cè)量出Ud的幅值，便可間接地求出θ值，從而求出被測(cè)位移x的大小。當(dāng)定尺繞組中的感應(yīng)電壓Ud＝0時(shí)，α＝θ，只要逐漸改變?chǔ)林担筓d＝0，便可求出θ值，從而求出被測(cè)位移x。第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六令，當(dāng)很小，，式（6-10）可近似表示為Ud≈Um

sinωt

將式代入上式得當(dāng)位移量Δx很小時(shí)，感應(yīng)電壓Ud的幅值與Δx成正比，因此可以通過測(cè)量Ud的幅值來測(cè)定位移