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。

(5) 感应组件：是将标准式的定、滑尺封装在匣里的感应组件(定尺经调整接长而成组合式定尺)，而且将励磁变压器和前置放大器也装在里面，便于安装与使用。

2感应同步器的特点

(1) 精度高：感应同步器的极对数多，平均效应所产牛的测量精度要比制造精度高，且输岀信号是由滑

尺和定尺之间相对移动产生的中间无机械转换环节，所以测量结果只受本身精度的影响。

(2) 测量长度不受限制：当测量长度大于250ram 时，可以采用多块定尺接长，相邻定尺间隔呵用块

规或激光测长仪进行调整，使总长度上的累积误差不大于单块定尺的最火偏差。

(3) 对环境的适应性较强：因为感应同步器金属基板和床身铸铁的热胀系数相近，当温度变化时还能获

得较高的重复精度•另外它是利用电磁感应产生信号•对尺面防护要求较低。

使用时还需要注意下列影响。

1 。同步回路阻抗不对称列同步精度的影响(如励磁变压器的阻抗和同步器的正弦、余弦阻抗)

2) 励磁电压对称性和失真度对精度的影响：

对鉴相系统而言，所谓励磁电压的对称是指励磁电流幅值相等，相位差为90 °;对鉴幅系统而言，其

列称性是指Umco W 和Umsin B 的精确性，调整系统时要加以注意.

感应旧步器对励磁电流的失真度要求比较高，一般在1 %以下，若在2 %以上，则感应同步器输岀电动

势失真就显得很严重，影响测量精度。

3) 感应同步器感应电动势低，阻抗低，所以对抗干扰问题必须引起重视加强屏蔽。

感应同步器与旋转变压器的工作方式相似，根据滑尺中励磁绕组供电方式同，感应同步器可分为相位工作方式和幅值工作方式。

二、相位工作方式

给滑尺正弦绕组和余弦绕组通以同频、同幅而相位差为n/2的交流励磁电压即

I 久錘存m劝皿(3-5)

+ 打/2】t cosa?

当滑尺移动x距离时，ua定尺绕组中感应出的电压为kUscos 9 m,Uc感应出的电压为KUccos( 9 m+n

/ 2)=-KUcsinm 。二个励磁电压在定尺绕组中感应的合成电压，电线性叠加得出

i j = kl - cos^:ll - At.1* ainfr,,

=O -6)

=Nl sin (a)t -ir.r/r)

式中，K为定尺与滑尺间的电磁耦合系数；um为励磁电压幅值；2T为节距；x为滑尺移动距离；9m为

与机械空间位移相对应的机械角，即与之对应的时间电气相角。

由此可见，定尺的感应电压相位与滑尺的机械位移量间有严格的对应关系。只要能检岀定尺绕组中的

感应电压的相位移角，就能够测得所要知道的机械位移量。三幅值工作方式

给滑尺的正、余弦绕组分别通以同相位、同频率，但幅值不同得励磁电压，即

U^kU m ^& ' 7 *

此时，定尺的感应电压 ud 实际上是一个微量的误差电压，记为 ue

增量△ x 成正比。这样，通过测量 U 的幅值来测定△ 9也就是△ x 的大小了。在实际应用中，由于不断修

其中，幅值Usm 、Ucm 分别为

—=〔涉曲创

4・■瞪助则

式中，B1为励磁电压的给定相位角。

当滑尺移动时，定尺上的感应电压为

g =隨；早irW

=靳 * sidOJt ■

・

=A7/m sin （靳*&m ） • sintai

令厶9 =9 1- 9m ，上式可以写成

且

t

5IEJGrf * 5 ill 冷寸

(3-L

(3-8)

(3^9)

(3-10)

，并且误差电压的幅值与滑尺的位移