Курсовая работа: Кольцевой индукционный датчик угла

Этим объясняется более высокая (по сравнению с датчикам рамочного типа) точность датчиков с перемещающимся ротором для которых равномерная намотка выходных катушек не представляет больших трудностей.

При сборке двухкоординатных датчиков угла предъявляются высокие требования к запрессовке пакетов магнитопроводов дл каждой координаты, которые должны быть сдвинуты один относительно другого на 90°. Отклонение от этого угла приводит к созданию электрического сигнала по обеим координатам приводит к смещению ротора в направлении оси одной из координат. Сигнал по второй координате дает ложный угол.

Погрешности, вызванные влиянием внешней среды. При работе датчиков угла в гироскопе на точность их работы оказывают существенное влияние температурные воздействия, а также наличие внешних электромагнитных полей.

Теплоизлучение других элементов гироскопического прибор может привести к принудительному нагреву датчика угла. В это случае решающее значение имеет правильный выбор конструкционных материалов датчика, так как различные коэффициенты линейного расширения деталей датчика могут привести к нарушению первоначально установленной величины и равномерности во; душного зазора, а следовательно, к смещению электрического нуля датчика и искажению характеристики выходного напряжения.

При изготовлении материала магнитопровода датчика из ферритов в результате нагрева происходит значительное ухудшению магнитных свойств последних, что непосредственно привода к ухудшению параметров датчиков.

В рассматриваемых датчиках при нулевом положении ротор воздействие внешнего электромагнитного поля приводит к увеличению остаточного напряжения за счет четных гармоник э. д. с складывающихся в дифференциальных выходных обмотках.

5. Расчет КИДУ

Согласно техническому заданию, имеем следующие исходные данные для расчета КИДУ:

·        наружный диаметр корпуса Dk = 32 мм;

·        внутренний диаметр ДУ Dac = 12 мм.

·        длина корпуса ДУ lk = 14 мм.

·        крутизна датчика kду=6,00 в/град;

·        напряжение возбуждения U1 = 36 В;

·        номинальная частота f = 400 Гц;

·        диаметр проволоки обмотки статора не более 0,08 мм.

Методика расчета изложена в [2] и [4].

 

5.1 Выбор геометрии магнитопровода

1.         Определяем максимально допустимые значения индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках при холостом ходе:

               (5.1)

                 (5.2)

=0,5625 Тл.

=375 а/см2

Материал для высечки в соответствии с [4] выберем 50Н ГОСТ 10394-74.

2. Определяем отношение «теоретических» площадей пазов статора и ротора:

                       (5.3)

где  – коэффициент нагрузки, принимается равным 2 [4], =0,22, =0,32:

=1,375

3. Определяем приведенный воздушный зазор:

                             (5.4)

где  = 0,1 мм – величина воздушного зазора;  = 1,02; = 1,003 ([4] и п.8).

мм.

4. Приняв Dн = 30 мм, находим отношение:

                   (5.5)

где

                         (5.6)

см2

5. По известным  и  с помощью графиков, приведенных на рисунке 5-7 [4], определяем:

;

6. Находим основные величины, характеризующие геометрию пластин статора и ротора (см. рисунки 5.1 и 5.2):

Рисунок 5.1 Основные геометрические параметры пластин статора

Рисунок 5.2 Основные геометрические параметры пластин ротора

                                  (5.7)

                                  (5.8)

                                  (5.9)

                                   (5.10)

                    (5.11)

                                  (5.12)

После расчета получаем:

мм, мм, мм, мм, мм, мм.

Дополнительные параметры геометрии пластин ротора и статора [2]:

                     (5.13)

Принимаем мм [4], число пазов статора и ротора соответственно (по [4]): .

                                                             (5.14)

     (5.15)

   (5.16)

                                                           (5.17)

                                                    (5.18)

                                                           (5.19)

           (5.20)

                                       (5.21)

        (5.22)

                                                  (5.23)

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм2.

мм,

мм,

мм

Поскольку величина получилась отрицательной уменьшим значение  до 4 мм, а для обеспечения внутреннего размера Æ12 применим переходную деталь типа ось.

мм,

мм,

мм,

мм2.

7. Толщина пластин высечки:

                        (5.24)

мм.

Длина пакета статора:

.                         (5.25)

мм.

8. Определяем коэффициенты  и

           (5.26)

где

                  (5.27)

По [4] принимаем мм.

9. Находим :

        (5.28)

По [4] принимаем Ом.

5.2 Расчет обмоток и параметров КИДУ

1. Определяем относительные значения параметров обмотки возбуждения (таблицы 3-2 и 3-3 [4]):

                                                       (5.29)

                                                      (5.30)

                 (5.31)

 (толщину магнитопровода  выбираем равной 4 мм.)

,

По [4]: , .

.

2. Определяем эффективное число витков обмотки возбуждения:

    (5.32)

 витков.

4. Поскольку обмотка статора является концентрической и состоит из 5 секций [4], находим число витков в каждой из секций:

, i=1..5.

После округления получаем количество витков в каждой секции:

5. Определяем сечение провода обмотки возбуждения:

                          (5.33)

                               (5.34)

 мм2.

 мм, округляем до 0,08 мм.

6. Определяем эффективное число витков вторичной обмотки [2], учитывая, что , где  – коэффициент трансформации, :

                    (5.35)

                                (5.36)

 В.

 витков.

7. Обмотка ротора является концентрической и состоит из 3 секций [4], находим число витков в каждой из секций:

, i=1..3.

После округления получаем количество витков в каждой секции:

8. Определяем сечение провода вторичной обмотки:

                          (5.37)

                            (5.38)

 мм2.

 мм. Принимаем 0,15 мм.

Используя полученные величины, вычерчиваем рабочие чертежи пластин статора и ротора.

6. КИДУ со скосом пазов

КИДУ со скошенными пазами можно представить как совокупность нескольких элементарных преобразователей с прямыми пазами, сдвинутых относительно друг друга по углу.

Для простоты будем считать, что скос паза произведен только на роторе. Пусть Еэ = f(а) – функциональная зависимость э. д. с, воспроизводимая элементарным преобразователем. В общем случае Еэ=f(a) – периодическая несинусоидальная функция, причем в силу своей симметрии относительно начала координат она содержит только нечетные гармоники. Если скос паза выполнен по закону уск = у(х) (рисунок 6.1), то с учетом скоса функцию Еэ = f(а) запишем в виде

               (6.1)

где R - радиус расточки.

Расположим начало координат посредине пакета. Тогда выходная э. д. с. преобразователя будет равна

                                                    (6.2)

Если угол скоса паза выполнить по закону

,                  (6.3)

то выходная э. д. с. преобразователя будет изменяться по синусоидальному закону от угла поворота ротора. Действительно, представим периодическую функцию (6.1) в виде ряда Фурье, содержащего нечетные гармоники

                             (6.4)

где k = 1; 2; 3...

Подставляя это выражение в (6.2), получим

(6.5)

Используя приведенную выше формулу (6.3) для у(х) и выполняя интегрирование, получим:

           (6.6)

На практике выполнение скоса паза по закону (6.3) трудно осуществимо по технологическим соображениям; чаще всего при меняется равномерный скос пластин магнитопровода ротора (рисунок 6.2). При таком скосе:

.                         (6.7)

В этом случае выходная э. д. с. равна

   (6.8)

Рисунок 6.1 Магнитная система со скосом паза, выполненным по закону

Рисунок 6.2 Магнитная система с равномерным скосом паза

Из этого выражения следует, что при равномерном скосе паза возможно уничтожение какой-либо одной гармоники и кратных ей. Условием уничтожения гармоник порядка (2k + 1) будет

                          (6.9)

Поскольку наибольшей по амплитуде из высших гармоник является третья, то скос чаще всего выполняется для уничтожения третьей гармоники. В этом случае уравнение линии скоса приобретает вид

(6.10)

В нашем случае примем величину угла скоса пазов 30 градусов.

Заключение

В данной курсовой работе был спроектирован кольцевой индукционный датчик угла, представляющий собой поворотный трансформатор, при этом была использована соответствующая методика расчета. Характеристики спроектированного КИДУ удовлетворяют величинам, заданным в техническом задании: крутизна датчика kду=6,00 в/град, напряжение возбуждения U1 = 36 В, номинальная частота f = 400 Гц, наружный диаметр корпуса Dk = 32 мм, внутренний диаметр ДУ Dac = 4 мм, длина корпуса ДУ lk = 14 мм, толщина обмотки lоб=12 мм, количество витков концентрической обмотки статора , диаметр провода обмотки статора 0,08, количество витков концентрической обмотки ротора , диаметр проволоки обмотки ротора 0,15 мм. На основе рассчитанных геометрических параметров были вычерчены пластины магнитопроводов статора и ротора КИДУ.

Список использованных источников

1.         Никитин Е.А. Гироскопические системы, ч.III. Элементы гироскопических приборов: учеб. пособие для вузов / Е. А. Никитин и др.; под ред. Д. С. Пельпора., – М.: «Высшая школа». 1979. –472 с.: ил.

2.         Бабаева Н.Ф. Расчет и проектирование элементов гироскопических устройств: учеб. пособие для приборостроительных спец. вузов / Н. Ф. Бабаева и др. – Л.: «Машиностроение». 1967. –480 с.

3.         Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики: учебник для вузов / В.В. Хрущев; 2-изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1985. –186 с.

4.         Хрущев В.В. Электрические микромашины / В.В. Хрущев; – Л., «Энергия». 1969. –278 с. с ил.

5.         Сломянский Г.А. Детали и узлы гироскопических приборов: атлас конструкций / Г.А. Сломянский, А.В. Агапов, Е.М. Радионов и др.; – М.: Машиностроение. 1975. –306 с.