Дифференциальный трансформаторный датчик угла

Содержание

Анализ технического задания        4

1. Общие сведения о конструкции и функционировании трансформаторных датчиков.        5

2. Составление электрической схемы замещения магнитной цепи.        9

3. Теоретические расчеты        11

3.1. Расчет магнитных проводимостей воздушных зазоров.        11

3.2. Расчет магнитных проводимостей участков магнитопровода        20

3.3. Расчет числа витков обмотки возбуждения.        23

Заключение        28

Список литературы.        29

Анализ технического задания

Необходимо рассчитать и спроектировать дифференциальный трансформаторный датчик угла, для чего необходимо выбрать материал сердечника и якоря, рассчитать параметры обмоток возбуждения и съёма сигнала, статическую характеристику (зависимость напряжения от угла поворота). Обмотки возбуждения расположены на боковых стержнях.

Размеры сердечника:

1. Толщина a = 8 мм.

2. Высота центрального стержня магнитопровода b = 9 мм.

3. Расстояние между стержнями l = 25 мм.

Параметры якоря:

1. Толщина якоря [pic 1]
2. Наружный радиус якоря [pic 2]
3. Воздушный зазор между якорем и сердечником [pic 3]
4. Напряжение питания [pic 4]
5. Частота [pic 5]

1. Общие сведения о конструкции и функционировании трансформаторных датчиков

Дифференциальный трансформатор для измерения линейных перемещений (LVDT) представляет собой электромеханический преобразователь, который определяет механическое смещение сердечника и выдает пропорциональное переменное напряжение на выходе.

Рассмотрим конструкцию трансформаторного датчика угла, показанную на рис. 1. Датчик угла состоит из неподвижной части и подвижного ферромагнитного якоря 1. Основой неподвижной части является симметричный Ш-образный магнитопровод 2 из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. На центральном стержне магнитопровода находится обмотка возбуждения 3. На боковых стержнях магнитопровода расположены обмотки съема сигнала 4.

[pic 6]

Рисунок 1. Конструкция трансформаторного датчика угла с переменной площадью сечения магнитопровода

Обмотки съема сигнала включаются встречно-последовательно. Обмотка возбуждения создает магнитный поток, который замыкается через магнитопровод, немагнитные зазоры и подвижный якорь. Магнитные потоки, проходящие через боковые стержни магнитопровода, наводят в обмотках 4 ЭДС.

При центральном положении якоря, как показано на рис. 2, потоки, замыкающиеся через левую и правую часть магнитопровода, будут одинаковыми. При этом наводимые этими потоками в обмотках 4 ЭДС также будут одинаковыми.

[pic 7]

Рисунок 2. Распределение магнитного потока обмотки возбуждения

При повороте якоря, например, вправо, площадь, через которую магнитный поток проходит из левого стержня магнитопровода в якорь, уменьшится, а площадь, через которую магнитный поток проходит из правого стержня магнитопровода в якорь, наоборот, возрастет. Таким образом, магнитное сопротивление левой части магнитопровода увеличится, а правой – уменьшится. При изменении магнитного сопротивления магнитный поток перераспределяется – уменьшается в левой части и увеличивается в правой. Соответственно, изменяются и ЭДС, наводимые в обмотках 4.

На рис. 3 показана другая возможная схема трансформаторного датчика угла.

[pic 8]

Рисунок 3. Конструкция трансформаторного датчика угла с переменным воздушным зазором

Датчик, конструкция которого показана на рис. 3, состоит из двух одинаковых П-образных магнитопроводов 2, каждый из которых содержит обмотку возбуждения 3 и обмотку съема сигнала 4. В среднем положении якоря воздушные зазоры между сердечником и якорем как в правой, так и в левой частях будут одинаковыми. Если левая и правая часть датчика имеют одинаковые конструктивные параметры, и питаются от одного и того - же источника напряжения, то наводимая в выходных обмотках 4 ЭДС будет одинаковой.