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。

(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，且输出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Umcosθ和Umsinθ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，则感应同步器输出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π／2的交流励磁电压即

当滑尺移动x距离时，ua定尺绕组中感应出的电压为kUscosθm,Uc感应出的电压为KUccos(θm+π／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

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；2τ为节距；x为滑尺移动距离；θm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。只要能检出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

其中，幅值Usm、Ucm 分别为

式中，θ1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

令△θ=θ1－θm，上式可以写成

且

则△θ很小时，有

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，并且误差电压的幅值与滑尺的位移增量△x成正比。这样，通过测量U的幅值来测定△θ也就是△x的大小了。在实际应用中，由于不断修正

励磁信号θ1，使其紧紧跟踪θm的变化，因此△θ与△x一定是一个很小的量，才有sin△θ≈△θ成立。也就是说，只有在位移增量△x很小时，感应电压的幅值才与△x具有正比关系，通过测量ue的幅值来测定位移量的大小。

四感应同步器鉴相系统

在相位检测系统中，表示位移量的指令是以相位差角度值给定的，因此，如果以作为基准相位的参考信号给感应同步器的滑尺两个绕组供电，则从定尺绕组取得的感应电压的相位，将反映出两者的相对位置。把给定的指令相位(相对于参考信号而言)与感应同步器输出信号相位作比较，当两者相位一致时，表示感应同步器滑尺的实际位置和给定的指令位置一致，反之，有相位差存在，表明两者的位置不一致。利用它们的相位差作用到测量系统，使得两者变为一致。

感应同步器相位检测系统的基本环节应包括：脉冲一相位变换器，励磁供电线路，误差信号放大器和鉴相器等，其系统的结构框图如图3—16所示。

在闭环轮廓控制的数控装置中，从其框图(图3—16)知，误差信号被用以控制伺服驱动电动机，驱动机床的滚珠丝杠向消除位移误差的方向运动，构成位置反馈。指令信号是由数控装置(插补器)发出的，经脉冲一相位变换器变成相位信号，作用于测量系统上。

下面简单地介绍一下脉冲一相位变换器等结构原理。