感应同步器
第十二章 感应同步器及应用
第十二章感应同步器及应用§1感应同步器的结构和特点一、结构感应同步器是一种将直线位移或转角位移转化成电信号的传感器。
从原理上看，它与我们前面讲到的旋转变压器并无实质的区别，但是从结构上看，则与旋转变压器（及一般的其他控制电机）大不相同。
无论哪一种感应同步器，其结构都包括固定和运动两部分。
它的可动部分与不动部分上的绕组不是安装在圆筒形和圆柱形的铁心槽内，而是用绝缘粘合剂把铜铂粘牢在称为基板的金属或玻璃平面的薄板上，利用印刷、腐蚀等方法制成曲折形状的平面绕组，其工艺过程与电子工业中的印刷电路相同，故称为印刷绕组。
感应同步器按其运动方式和结构形式的不同，可分为圆盘式（或称旋转式）和直线式两种，前者用来检测角位移，后者用来检测直线位移。
但无论是哪种感应同步器，其工作原理都是相同的。
二、特1.具有较高的精度和分辨力①感应同步器可以不经任何机械传动直接测量仪器或机床的线位移或角位移，所以其测量精度首先取决于感应同步器本身的加工精度，这可由加工精度来保证。
②长感应同步器的基板与安装部件材料相近，热膨胀系数相近，圆感应同步器的基板受热后各方向的膨胀对应于圆心，所以温度变化对其影响不大。
③感应同步器的极对数很多，不是几十，而是几百上千，这样多的极对数同时参加工作，误差的平均效应减小了局部误差的影响。
④感应同步器的分辨率取决于原始信号质量与电子细分电路的信噪比及电子比较器的分辨率，前者可通过控制印刷电路绕组的加工精度、稳定激磁电压、限制气隙变化等措施来解决，后者可通过线路的精心设计和采取严密的抗干扰措施来解决。
目前长感应同步器的精度可达到±1郭m，分辨率0.05p m，重复性0.2p m，直径为300mm（12英寸）的圆感应同步器的精度可达±1〃，分辨率0.05 〃，重复性0.1〃。
这些性能，旋转变压器是达不到的。
2.抗干扰能力强感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可以给出仅与位置量相对应的单值电压信号，因而不受瞬时作用的偶然干扰信号的影响。
感应同步器的组成和原理
感应同步器的组成和原理2009年10月22日感应同步器分为直线型和旋转型两大类，直线型由定子和滑尺组成，用于检测直线位移，旋转型由定子和转子组成，用于检测旋转角度。
本节仅介绍直线型感应同步器的组成和原理：如图3 15所示，直线型感应同步器由定尺和滑尺组成。
其定尺是单向均匀感应绕组，绕组节距2 τ通常为2mm。
滑尺上有两组励磁绕组，一组称为正弦绕组，另一组为余弦绕组，两个绕组的节距与定子相同，在空间上相互错开1／4节距，于是两个励磁绕组之间相差90°电角度。
滑尺安装在被测的移动部件上，滑尺与定尺相互平行，并保持一定的距离，约0.2~0.3mm向滑尺通以交流励磁电压，在滑尺中产生勋磁电流，绕组周围便产生按正弦规律变化的磁场。
由电磁感应在定尺绕组上产生感应电压，当滑尺和定尺间产生相对位移时，由于电磁磁耦合强度的变化，就使定尺上的感应电压随位移的变化而变化。
一、感应同步器种类和特点l感应同步器的种类感应同步器有测量长度用的直线式和测量旋转角度用的旋转式两种。
下面着重介绍直线式．．(1)标准式：是直线式中精度最高的一种，使用最广，在数控系统和数显装置中大量应用：常用型号为GZD一1和GZH一1型。
(2)窄长式：其定尺的宽度比标准式窄，用于精度较低或机床上安装位置窄小且安装面难以加工的情况。
(3)三重式：它的滑尺和定尺上均有粗、中、细：套绕组．定尺上粗中绕组相对位移垂直方向倾斜不同角度，细绕组和标准式的一样。
滑尺上的粗、中、细三套绕组组成：个独立的电气通道，粗、中、细的极距分别是4000、100和2mm三通道同时使用即可组成一套绝对坐标测量系统，测量范围为0．002～2000mm在此测量范围内测量系统只有一个绝对零点。
单块定尺的长度有200和300mm两种，它特别适用于大型机床、。
(4)带子式：它的定尺绕组是印制在I.8m长的不锈钢带上，其两端固定在机床床身上(一端用弹性固定)滑尺像计算尺的游框那样跨在带状定尺上，可以简化安装，减少安装面，而且能使定尺随机床床身热变形而变形。
感应同步器
感应同步器感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。
可用来测量直线或转角位移。
测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。
长感应同步器由定尺和滑尺组成，如图3-45所示。
圆感应同步器由转子和定子组成，如图3-46所示。
这两类感应同步器是采用同一的工艺方法制造的。
一般情况下。
首先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属（或玻璃）基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。
这种绕组称为印制电路绕组。
定尺和滑尺，转子和定子上的绕组分布是不相同的。
在定尺和转子上的是连续绕组，在滑尺和定子上的则是分段绕组。
分段绕组分为两组，布置成在空间相差相角，又称为正、余弦绕组。
感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。
安装时，定尺和滑尺，转子和定子上的平面绕组面对面地放置。
由于其间气隙的变化要影响到电磁耦合度的变化，因此气隙一般必须保持在的范围内。
工作时，如果在其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势，该电动势随定尺与滑尺（或转子与定子）的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。
再通过对此信号的检测处理，便可测量出直线或转角的位移量。
感应同步器的优点是：①具有较高的精度与分辨力。
其测量精度首先取决于印制电路绕组的加工精度，温度变化对其测量精度影响不大。
感应同步器是由许多节距同时参加工作，多节距的误差平均效应减小了局部误差的影响。
目前长感应同步器的精度可达到，分辨力，重复性。
直径为的圆感应同步器的精度可达，分辨力，重复性。
②抗干扰能力强。
感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可以给出仅与位置相对应的单值电压信号，因而瞬时作用的偶然干扰信号在其消失后不再有影响。
平面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。
③使用寿命长，维护简单。
定尺和滑尺，定子和转子互不接触，没有摩擦、磨损，所以使用寿命很长。
感应同步器的工作原理
感应同步器的工作原理
感应同步器是一种电力传动装置，用于控制电力机械的旋转速度和方向。
其工作原理基于磁场感应和电动机的运动学原理。
感应同步器由两个电动机组成，一个称为感应电动机，另一个称为同步电动机。
感应电动机的转子由铜圆环和铁心构成，电感为整圆筒形；同步电动机的转子为大功率电动机，由多极磁铁和铁心构成。
当感应同步器的感应电动机运转时，电流在铜圆环中形成旋转磁场。
该旋转磁场引起在同步电动机的磁铁中产生磁场，在同步电动机中也产生旋转磁场。
由于同步电动机的转子具有多极磁铁，所以它的旋转速度是固定的，称为同步速度。
感应电动机的转速可能高于或低于同步速度，当它的转速低于同步速度时，它的旋转磁场和同步电动机的旋转磁场产生相互作用，从而产生转矩，使感应电动机逐渐加速。
一旦感应电动机达到同步速度，旋转磁场和同步电动机的旋转磁场就同步了。
感应同步器的转矩与铜圆环所产生磁场的强度成正比，因此，如果减小铜圆环内的电流强度，就可以减小感应同步器产生的转矩。
这种方法可用于控制电机的速度和方向。
总之，感应同步器的工作原理基于磁场感应和电动机的旋转速度的同步原理。
当
感应电动机的转速低于同步速度时，感应同步器会产生转矩，使电动机逐渐加速，直至达到同步速度。
使用感应同步器可以控制电动机的速度和方向，广泛用于工业和交通领域。
感应同步器的组成和原理
感应同步器的组成和原理感应同步器的组成和原理2009年10月22日感应同步器分为直线型和旋转型两大类，直线型由定子和滑尺组成，用于检测直线位移，旋转型由定子和转子组成，用于检测旋转角度。
本节仅介绍直线型感应同步器的组成和原理：如图3 15所示，直线型感应同步器由定尺和滑尺组成。
其定尺是单向均匀感应绕组，绕组节距 2 T通常为2mm。
滑尺上有两组励磁绕组，一组称为正弦绕组，另一组为余弦绕组，两个绕组的节距与定子相同，在空间上相互错开 1 /4节距，于是两个励磁绕组之间相差90°电角度。
滑尺安装在被测的移动部件上，滑尺与定尺相互平行，并保持一定的距离，约0.2〜0.3mm 向滑尺通以交流励磁电压，在滑尺中产生勋磁电流，绕组周围便产生按正弦规律变化的磁场。
由电磁感应在定尺绕组上产生感应电压，当滑尺和定尺间产生相对位移时，由于电磁磁耦合强度的变化，就使定尺上的感应电压随位移的变化而变化。
定尺图3 -15直线型感应同步器1 -正弦励磁绕组2—余眩励建绕组、感应同步器种类和特点l感应同步器的种类感应同步器有测量长度用的直线式和测量旋转角度用的旋转式两种。
下面着重介绍直线式••(1) 标准式：是直线式中精度最高的一种，使用最广，在数控系统和数显装置中大量应用：常用型号为GZD —1 和GZH —1 型。
(2) 窄长式：其定尺的宽度比标准式窄，用于精度较低或机床上安装位置窄小且安装面难以加工的情况。
(3) 三重式：它的滑尺和定尺上均有粗、中、细：套绕组.定尺上粗中绕组相对位移垂直方向倾斜不同角度，细绕组和标准式的一样。
滑尺上的粗、中、细三套绕组组成：个独立的电气通道，粗、中、细的极距分别是4000、100和2mm 三通道同时使用即可组成一套绝对坐标测量系统，测量范围为0 .002〜2000mm 在此测量范围内测量系统只有一个绝对零点。
单块定尺的长度有200和300mm 两种，它特别适用于大型机床、。
(4) 带子式：它的定尺绕组是印制在 1.8m 长的不锈钢带上，其两端固定在机床床身上(一端用弹性固定)滑尺像计算尺的游框那样跨在带状定尺上，可以简化安装，减少安装面，而且能使定尺随机床床身热变形而变形。
感应同步器
p N / 2 2 L
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9.3.2 感应同步器的工作原理—旋转
• 感应电势的瞬时值 领先激磁电压90°。 若激磁电压为
u 2U sin t U m sin t
es 2 E0 m sin
2 cos t L
L/2
ec 2 E m cos
9.3.2 感应同步器的工作原理—直线
定尺 V2 滑 尺 位 置 A 1 L B 4 1 C L 2 3 D L 4 E L A M O C B C D N E 正弦绕组 P x
余弦绕组
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9.3.2 感应同步器的工作原理—直线
V2
A M O B 余弦绕组 C N D
•定尺绕组通1-10kHz交流 电激磁 ， 产生一个多极 的脉振磁场， •磁极之间的距离是τ， 磁场分布周期是节距L。 •脉振磁场在滑尺绕组上 产生感应电势， 有效值 随滑尺位移作周期性变 化，周期为节距L。
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9.3.2 直线感应同步器的工作原理
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9.3.3 感应同步器的信号处理方式
鉴幅型处理方式—根据信号的幅值鉴别电角 1）两相激磁式
给Hale Waihona Puke 激磁电压幅值如下感应 绕组
激磁 绕组
1为指令位移角，是已知的。单相连续绕组的总感应电势为
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9.3.3 感应同步器的信号处理方式
2）单相激磁式
给定激磁电压 在正弦绕组和余弦绕组的 感应电势分别为 送入函数变压器或 其他装置中处理 送入加法器相加后作为输出信号输出
第8课 感应同步器教案
I、示标II、复习1、旋转变压器的结构和工作原理2、旋转变压器的应用III、新授第二节感应同步器一、感应同步器的结构和工作原理感应同步器是从旋转变压器发展而来的，也是一种电磁式的检测传感器，按其结构可分为直线式和旋转式两种。
这里着重介绍直线式感应同步器。
直线式感应同步器用于直线位移的测量，其结构相当于一个展开的多极旋转变压器。
它的主要部件包括定尺和滑尺，定尺安装在机床床身上，滑尺则安装于移动部件上，随工作台一起移动。
两者平行放置，保持0.2~0.3mm的间隙，如图3.4所示。
A-正弦励磁绕组；B-余弦励磁绕组图3.4 感应同步器结构示意图标准的感应同步器定尺长250mm，尺上有单向、均匀、连续的感应绕组；滑尺长100mm，尺上有两组励磁绕组，一组叫正弦励磁绕组，如图3.4中A所示，一组叫余弦励磁绕组，如图3.4中B所示。
定尺和滑尺绕组的节距相同，用2τ表示。
当正弦励磁绕组与定尺绕组对齐时，余弦励磁绕组与定尺绕组相差1/4节距。
由于定尺绕组是均匀的，故表示滑尺上的两个绕组在空间位置上相差1/4节距，即π/2相位角。
定尺和滑尺的基板采用与机床床身材料的热膨胀系数相近的低碳钢，上面有用光学腐蚀方法制成的铜箔锯齿形的印刷电路绕组，铜箔与基板之间有一层极薄的绝缘层。
在定尺的铜绕组上面涂一层耐腐蚀的绝缘层，以保持尺面。
在滑尺的绕组上面用绝缘的粘接剂粘贴一层铝箔，以防静电感应。
感应同步器的工作原理与旋转变压器的工作原理相似。
当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器和旋转变压器就是利用这个特点进行测量的。
所不同的是，旋转变压器是定子、转子间的旋转位移，而感应同步器是滑尺和定尺间的直线位移。
图3.5说明了定尺感应电压与定尺、滑尺绕组的相对位置的关系。
若向滑尺上的正弦绕组通以交流励磁电压，则在定子绕组中产生励磁电流，因而绕组周围产生了旋转磁场。
这时，如果滑尺处于图中A点位置，即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合，则定尺上的感应电压最大。
感应同步器发展综述
感 应 同 步 器最 早 是 由美 国空军 提 出 ， 由纽 约 州法 兰 德 光学 公 司 承 接 的一 个 研 究 项 目 ，经 过 四年 研 制 于 五 十
年 代初 期 研 制 成 直 径 为 ５ 寸 ，精 度 为 ５角 秒 、精 度 为 英
工作 。 其简单 的测量工作原理框图如 图 １ 所示 。
感 应 闻 步 嚣
ห้องสมุดไป่ตู้
应同步器 。 三重式感应 同步器是为 了在一特定长度 内， 随 时准确地决定运动体相对位移 的绝对位置 ，建立一绝对 座标测量系统而设计的。 定尺尺寸为 ２０× ６ ９３ｍ ０ ８． ２× － ｍ 和３ ０×８ ．×９３ ｍ 滑 尺 尺 寸 为 ９ ×９ ９３ｍ 重 复 ６２ ． ｍ ； ４ ７× － ｍ， 周期 长度 ： 绕组为 ２ｍ 中绕组 为 １０ｍ 粗绕组 为 精 ｍ， ０ ｍ， ４ ０ｍ 带 式 感 应 同步 器 。 装 式 感 应 同步 器 。 ０ ｍ。 组 多层 式 感
摘 要 ： 应 同 步 器 于二 十世 纪 ５ 感 ０年 代 研 制 成 功 ， 要 用 来 测 量 直 线位 移 和 角 位 移 ， 广 泛 的应 用 于 宇 宙 航 主 被
行 、 海 军 事 等 各 个领 域 。 着科 学技 术 的 飞 速 发展 ， 航 随 出现 了很 多其 他 的 测 量 位移 和 角度 的 方 法 ， 是 ， 于感 但 由
弦绕 组 。感 应 同步 器 的 分段 绕 组 和 连 续 绕 组 相 当 于变 压 器 的一 次 侧 和二 次 侧 线 圈 ，利 用 交 变 电磁 场 和互 感 原 理 专 门设 计 的 。 尺 尺寸 为 ２ ０ ２ ． ９３ ｍ 滑 尺尺 寸 为 定 ５×７ ９× －ｍ ； １１ ×３ ． ９８ｍ 重 复 周 期 长 度 为 ２ｍ 三 重 式 感 ０． ５ ６ ３× ． ｍ， ｍ。
感应同步器
.
图 4.7 感应电势的幅值与定、滑尺相对位置变化的关系
数控机床
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1.2 感应同步器的种类
长感应同步器： 测量直线位移， 分标准型、窄型、带型。
圆感应同步器： 测量角度位移
.
1.3 感应同步器的工作原理
根据法拉第电磁感应定律，使通过回路的 磁通量发生变化时，回路中一定会产生感应电 动势，感应电动势的大小与磁通量对时间的变 化率成正比。
图 4.7 感应电势的幅值角度位移 分类： 直线式 旋转式（圆盘式）
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直线式： 定尺和滑尺组成；
测量角位移： 圆感应同步器，旋转式由定子和转子组成。
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优点： 检测精度高、成本低； 对环境的适应性强及结构坚固； 寿命长、维护简单。
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1.1 感应同步器的结构
图 4.6 直线式感应同步器
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图 4.6 直线式感应同步器
旋转变压器和感应同步器
图4-19 正、余弦旋转变压器原理图
1) 鉴相型工作方式 定子的正、余弦绕组分别通入同幅、同频，但相位差为π/2的交流励 磁电压，即
Us=Um sinωt
Uc= Umsin(ωt+ π/2)=Um cosωt 当转子正转时这两个励磁电压在转子绕组中产生了感应电压，经叠 加，在转子中的感应电压为
U 2 U s sin U c cos U 2 KU m sin t sin KU m cost cos
2) 鉴幅型工作方式 给定子的正、余弦绕组分别通以同频率、同相位，但幅值分别按正 弦、余弦规律变化的交流励磁电压，即
Us= Um sinαsinωt Uc= Um cosαsinωt Um sinα、Um cosα分别为励磁电压的幅值 式中：α－给定电气转角。
当转子正转时，由于Us、Uc 的共同作用，经叠加，在转子上的感应电压为
根据励磁绕组中励磁方式的不 鉴相型工作方式 给滑尺的正弦励磁绕组和余弦励磁绕组分别通以频率相同、幅值
相同，但相位差为π/2的励磁电压，即
Us= Um sinωt Uc= Umsin(ωt+ π/2)=Um cosωt
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 绕组，并在定尺绕组中感应出电势，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。按照叠加原理可以直接求出感应 电势
U2= KUmcos(α-θ)sinωt 同理，转子反转时，可得
(4-8)
U2=KUmcos(α+θ)sinωt
(4-9)
式(4-8)、(4-9)中，kUmcos(α-θ)、 kUmcos(α+θ)为感应电压的幅值。
由式式(4-8)、(4-9)可以看出，转子感应电压的幅值随转子的偏转角θ而变化,
感应同步器 ppt课件
鉴相式伺服系统利用相位比较原理进行工作。当数控装置要求工作台
沿一个方向位移时，产生一列进给脉冲，经脉冲调相器的调相分频通道转 化电路为的相作位用变是化将信工号作Δθ台1′，的它位作移为量指检令测信出号来送，入并鉴表相达器成；与测基量准装信置号及之信间号的处相理 位表鉴示相差，器Δθ且的2′，同作也频用被率就送、是入同鉴鉴周别相期 出器。 这。因 两这此 个两， 信路它 号信们 的号两 相都者 位用之 差它间 ，们的 并与相 以基位与准差此信为相号位δ′之＝差间Δ信θ的1号′－相成Δ位θ正2差′。 比的电压信号输出。如果相位差不为零，说明工作台实际移动的距离不等 于指令信号要求工作台移动的距离，鉴相器检测出的相位差，经放大后， 送入速度控制单元，驱动电机带动工作台向减少误差的方向移动。若相位 差为零，则表示感应同步器的实际位置与给定指令位置相同，鉴相器输出 电压为零，工作台停止移动。
2. 鉴幅式系统
供给滑尺上正、余弦绕组的励磁电压的频率相同、相位相同但幅 值不同。
Us Umsinsint
Uc Umcos sint
式中 α—给定的电气角。
则在定尺绕组产生的总感应电压为
U 2 K m sU s in t i c n o K m s cU s ot i s s n i
＝ Km s U in s itn
频的二进制计数器，称为基准分频通道。为适应感应同步器滑尺的两励 磁绕组供电的要求，该通道输出两路幅值相等、频率相同、相位相差900 的脉冲信号，经激磁供电线路变成正、余弦信号给滑尺正弦、余弦绕组
励磁。另一路先经过脉冲加减器，再进入分频器2，该分频器也为1/N分
频二进制计数器，称为调相分频通道。调相分频通道的任务是将指令脉 冲信号调制成与基准脉冲有一定关系的输出脉冲信号，其相位差大小和
感应同步器
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。
以直线式感应同步器为例，
介绍其结构和工作原理。
5
直线感应同步器相当于一个展开的多极旋转变压器，其结构 如图5-16所示，定尺和滑尺的基板采用与机床热膨胀系数相近的 钢板制成，钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用腐蚀的办法做 成图示的印刷绕组。长尺叫定尺，安装在机床床身上，短尺为滑 尺，安装于移动部件上，两者平行放置，保持0.25~0.05mm间隙。
U2
2τ 定尺
滑尺
正弦绕组
US
Uc
余弦绕组
7
当滑尺任意一绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作用， 在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决于滑尺和定尺 的相对位置。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时，定尺感应电 压与定、滑尺的相对位置关系如图所示。
定尺
滑A
尺 B 1 2t 4
位 C 1 2t 2
U2
定尺
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
滑尺
正弦绕组
US
Uc
余弦绕组
6
直线感应同步器结构
感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距，滑尺和定 尺的节距均为，这是衡量感应同步器精度的主要参数。标准 感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距为2mm。定尺 上是单向、均匀、连续的感应绕组，滑尺有两组绕组，一组 为正弦绕组，另一为余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组对齐 时，余弦绕组与定尺绕组相差1/4节距。
V2
A M
OB
E N 正弦绕组
DP
C 余弦绕组
11
应用
感应同步器
尺上产生的总的感应电动势是正弦、 余弦绕组分别励磁时产
生的感应电动势之和。
图5-3-3 感应电动势与两相绕组相对位置的关系
三、感应同步器的信号处理方式
对于感应同步器组成的检测系统可以采用不同 的励磁方式，输出信号也可采用不同的处理方式， 从励磁方式来说一般可分为两大类，一类是以滑 尺(或定子)励磁，由定尺(或转子)输出；另一类 是以定尺励磁由滑尺输出。感应同步器的信号处 理方式一般有鉴相型、鉴幅型和脉冲调宽型三种。
二、感应同步器的工作原理
感应同步器利用定尺和滑尺的两个平面印刷电路 绕组的互感随其相对位置变化的原理，将位移转换为 电信号。类似于变压器的原边和副边。 精度高，分辨率可达0.05um，测量位移范围大， 广泛用于数控机床、雷达天线定位跟踪等。 当在滑尺绕阻施加激励交变电压时，在定尺绕阻可 感应出与两尺位置由关系的交变电压，根据激励电压的 不同，可分为鉴相式和鉴幅式两种。
式 鉴相型
2. 鉴幅型
如果给滑尺的正、余弦绕组以同频、 同相但不 等幅的电压激磁时， 则可根据感应电势的幅值来鉴 别位移量，称为鉴幅型。 正、余弦同时激磁时的总
感应电势为
e kU m sin t cos( )
式中， φ为给定电角度；位移
式（5-3-2）
感应同步器工作时，定尺和滑尺相互 平行、相对放置，它们之间保持一定的气 隙（0.25±0.005）mm，定尺固定，滑尺 可动。当滑尺的S和C绕组分别通过一定的 正、余弦电压激励时，定尺绕组中就会有 感应电势产生，其值是定、滑尺相对位置 的函数。
如图5-3-2所示，先考虑对S绕组单独励磁， 滑尺处在A点 的位置时，滑尺S绕组与定尺某一绕组重合，定尺感应电动势 值最大；当滑尺向右移动W/4距离到达B点的位置时，定尺 感应电动势为零；当滑尺移过W/2至C点位置时，定尺感应电 动势为负的最大值；当移过3W/4至D点的位置时， 定尺感应 电动势又为零，其感应电动势如图5-3-3中曲线1所示。 同理， 余弦绕组单独励磁时，定尺感应电动势变化如曲线2所示。定
感应同步器
知识创造未来
感应同步器
感应同步器是一种用于同步两个或多个物理系统的设备或
技术。
它利用感应原理将一个系统的运动状态传递给其他
系统，从而使多个系统的运动保持同步。
感应同步器可用于许多不同的应用场景，例如电机控制、
时钟同步、数据传输等。
在电机控制方面，感应同步器可
以将一个电机的运动状态传递给其他电机，使它们保持同
步运行。
在时钟同步方面，感应同步器可以将一个主时钟
的运动状态传递给其他从时钟，使它们保持统一的时间。
感应同步器可以基于不同的原理工作，例如电磁感应原理、光学感应原理、声学感应原理等。
具体的工作方式取决于
应用场景和系统的特点。
无论采用何种原理，感应同步器
通常都包含一个感应元件和一个传递机制。
感应元件用于
捕捉一个系统的运动状态，传递机制用于将该运动状态传
递给其他系统。
总的来说，感应同步器是一种用于实现多个系统之间同步
运动或同步行为的设备或技术。
它在工业控制、通信和信
息处理等领域具有重要的应用价值。
1。
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控制元件
感应同步器的信号处理
• 单相激磁式 在单相绕组中加激磁电压 u Um sint。在正弦绕组s和余弦绕组c中的感 应电势分别为
es kUm sine cost ec kUm cose cost
然后将它们送入函数变压器或其它装置中进 行变换 ，再送入加法器相加后作为输出信号。
es es' ec kUm sine cost kUm cose sin t
e2 kUm sin(t e )
控制元件
感应同步器的信号处理
• 鉴幅型处理方式-鉴幅工作状态，根据输出信号的幅值 鉴别电角度θe。
• 单相激磁和两相激磁两种方式
• 两相激磁式 两相激磁电压的幅值要按一定规律变化， 具体加至正、余弦绕组的激磁电压为
e2 es' ec' kUm sin(e 1) cost
练习题 • 感应同步器有几种信号处理方式？简要说明工
作原理
控制元件
感应同步器编码装置
感应同步器把位移转换成模拟信号，而编码装置 的任务就是对模拟信号进行数字编码，编码装置 也叫数显表。
鉴相型数字编码装置 原理：鉴相工作状态时感应同步器输出的电压 信号的表达式为
瞬时值
有效值
Es
Em
s in e
U k
s in e
Ec
Em
c os e
U k
c os e
es
2Es cost
2Em sine cost
2
U k
sine
cost
ec
2Ec cost
2Em cose cost
2
U k
cose
cost
控制元件
关于感应电势的几个结论
磁极之间的距离是τ，磁场
分布周期是节距L 。脉振磁场 在滑尺绕组上产生感应电势，有 效值随滑尺位移作周期性变化，
周期为节距L 。
控制元件 直线式感应同步器的原理示意图
控制元件 直线式感应同步器的工作原理
• τ表示极距，它等于相邻金属导片中心线间的距离，它 也就是两个相邻的磁极轴线（中心线）之间的距离。L 表示节距，它是定尺上磁场情况完全相同的最近两点 的距离，且有L=2τ。节距L也称为检测周期。相邻的正 弦绕组s和余弦绕组c之间相距3L/4即1.5τ。在定尺绕 组中通入交流电激磁，在定尺平面附近将产生一个多 极的脉振磁场，定子磁场是周期性分布的，其分布周 期就是节距L。设磁通最大瞬间磁通方向如图中×和• 所示。脉振磁场在滑尺绕组上产生感应电势，这电势 属于变压器电势，它的频率应与激磁电压频率相同， 它的大小（有效值）取决于定、滑尺的耦合程度，即 取决于定、滑尺的相对位置 。
控制元件 直线式感应同步器的工作原理
• 在位置4，x=3L/4,绕组c中的磁通为零，所以Ec=0。而 绕组s中的磁通达到最大，但与位置2中的磁通方向相 反，Es=-Em。表明电势反相位且有效值最大。
• 当位移x=L时，绕组c、s将处于和位置1即x=0时完全相 同的磁场位置，故c、s中的感应电势也与位置1时相同。
因为L=2τ，所以有
Es
Em sin
2
L
x
Em
s
in
x
2
Ec Em cos L x Em cos x
感应同步器的电势有效值示意图
控制元件 直线式感应同步器的工作原理
• 感应电势的瞬时值
• 设激磁电压为 u 2U sint Um sint
则正弦绕组s和余弦绕组c中感应电势的瞬时值es 和 ec
• 以上的分析表明输出的电势的大小随滑尺位移x作周期 性变化，周期为一个节距L或两个极距2τ。
• 一般认为感应同步电势的大小随滑尺的位移量按正弦 函数（或余弦函数）变化。
控制元件
直线式感应同步器的工作原理
• 正弦绕组s和余弦绕组c中的感应电势有效值Es 和Ec分别是位移x的正弦函数和余弦函数，正、 余弦函数的幅值为Em。
应用迭加原理可知单相绕组总感应电势 e2为
e2 e2s e2c kUm sine cost kUm cose sin t
e2 kUm sin(t e )
此时输出电势的幅值是一个不变的常值，而输出电势的相 位改变量等于电角度θe。因此通过输出的电势信号的相位 改变量就可以知道电角度θe，从而可以求出对应的线位移 或角位移。
为
es
2Em sin
2
L
x cost
ec
2Em
cos 2
L
x cost
控制元件
旋转式感应同步器的工作原理
• 当转子单相绕组激磁时，形成的磁极个数与径向导片
数N相等，而极对数p为 p 1 N 2
两相邻导片间的夹角称为极距 τ：
2 (rad )
N
我们取正弦绕组输出电压有效值 Es为零时的转子位置 作为电气零位，感应同步器转子从基准电气零位起始的 角位移称为转子转角，记为θ
e2 kUm sin(t e )
那么，若求出θe，就可求出线位移x或角位移θ。
控制元件
鉴相型数字编码装置
• 编码的原理：将被测正弦信号e2与同频率的基 准正弦信号的相位进行比较，将二者的相位差 θe转换成一定频率的脉冲个数。
tn
N
脉冲源
D
计数器N
uB KU m sin(t e ) STB u’B SW
e2 kUm sin(e 1) cost
控制元件
感应同步器的信号处理
• 当鉴别出输出电势的幅值为零或使其为零时就 说明 e 1 k ,因此有 sin(e 1) 0 (k为零 或整数)。如能确保k=0,则 e 1 ，因θ1是已 知的，所以就可确定θe。这种求θe的方法称为
控制元件
鉴相型数字编码装置
• 由图知t1时刻的uB与t2时刻的uA相等，所以
KU m sin(t1 e ) KU m sin t2
无论是单相绕组激磁，感应电势都属于同频率的正弦电势，
感应电势与激磁电压的相位差是 90 。一般取感应电势超前 激磁电压。
控制元件
感应同步器的信号处理
• 需要解决的几个问题： • 1）正余弦函数在一个周期的范围内，函数值和角度间
并不是单值对应关系。对于感应同步器的输出电压和 电角度θe之间也同样如此。 • 2）当电角度超出一个周期的范围，即线位移和角位移 大于2个极距，这时必须记录、变化周期的个数才能确 定电角度。
控制元件
9.3 感应同步器
• 概述：高精度的转角和线位移测量元件 • 工作原理：利用两个平面形印制绕组的互感随位置不同
而变化的原理工作。激磁电压频率一般是1～20kHz。
• 分类：直线式测量直线位移；旋转式测量转角。 • 结构：固定部件和运行部件两部分，其上各有绕组。 • 优点 ：有很高的精度和分辩率；抗干扰能力强 ；可以
控制元件 直线式感应同步器的工作原理
• 分析感应电势有效值与滑尺的位移x的关系。 • 在位置1，位移x=0,通过绕组c的磁通最大，感应电势也
必然最大，设此时的电势有效值为Ec, Ec=+Em。这时通 过绕组s的磁通为零，所以绕组s的电势有效值. Es=0 • 在位置2，x=L/4,绕组c中的磁通为零，所以Ec=0。这时 通过绕组s的磁通最大，设Es=Em。 • 在位置3，x=L/2,绕组c中的磁通最大，且与位置1中的相 反，表明电势反相位且有效值最大，所以Ec=-Em。而绕 组s中的磁通为零，所以Es=0。
若激磁电压仍为 u 2U sint ,则正、余弦绕组s和c中感应
电势的瞬时值分别为
es
2Em
sin
cost
2Em
sin
2
L
cost
ec
2Em
cos
cost
2Em
cos
2
L
cost
控制元件
关于感应电势的几个结论
• 当单相连续绕组加激磁电压 u 2U sint 时，无论是直 线式感应同步器，还是旋转式感应同步器，它们的正 弦绕组s和余弦绕组c中的感应电势都是正余弦交变电 势，频率与激磁电压相同，相位与激磁电压相差900， 它们的有效值瞬时值可以统一表示为
两相激磁式 ：在感应同步器正弦绕组s、余弦绕组c上施加 幅值和频率相同、相位差为900的交流激磁电压us和uc。即
us Um sin t uc Um cost
控制元件
感应同步器的信号处理
• 两个激磁绕组在单相绕组上感应的电势分别为
e2s kUm sine cost e2c kUm cose sin t
us U m cos1 sin t uc Um sin1 sint
激磁电压的幅值为某一角度θ1的余弦和正弦函数，其中θ1称 为指令位移角，是已知的。单相绕组的总感应电势为
e2 e2s e2c kUm cos1 sine cost kUm sin1 cose cost
e
• t＝0：u‘A将SW置0，与门D关闭； • t＝t1：u‘B将SW置1，与门D打开，脉冲进入计数器； • t器＝。t2：u‘A又将SW置0，与门D关闭，脉冲停止进入计数
• 所计所计以数的脉器脉只冲冲只在个在Δ数tt1＝～代t2t2－表，了t1，tu3～AΔ、tt4＝u之B的间t4相－输位t出3…差1，…θ使时e。与间门内打计开数。，
• 3)输出电压的误差大，但要求的测量精度很高。为了 解决这些问题，就需要对感应同步器输出绕组的信号
进行适当处理。
控制元件
感应同步器的信号处理
• 感应同步器有鉴相型和鉴幅型信号处理方式：又称为 鉴相工作状态和鉴幅工作状态。