感应同步器的组成和原理
感应同步器的原理及应用
感应同步器的原理及应用1. 什么是感应同步器感应同步器，又称为电感同步器或感应电机，是一种利用感应原理实现同步转速的电动机。
2. 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理是基于电磁感应现象。
当感应同步器的转子受到旋转磁场的作用，通过电感感应产生感应电流，进而产生旋转磁场，与定子磁场相互作用，使感应同步器能够按照旋转磁场的转速同步运转。
3. 感应同步器的结构组成感应同步器的结构主要包括定子和转子两部分。
3.1 定子定子是感应同步器的固定部分，由定子线圈和定子铁心组成。
定子线圈通电产生旋转磁场，从而通过感应作用引起转子运动。
3.2 转子转子是感应同步器的动态部分，由铁芯和导体线圈组成。
转子线圈通电时，产生电流，同时也会产生磁场，并与定子的磁场相互作用，从而实现同步运转。
4. 感应同步器的主要应用感应同步器广泛应用于各种机械设备和工业系统中，以下是几个主要的应用领域：4.1 电机驱动系统感应同步器通常用作电机驱动系统的电源，它能够提供高效率、可靠性和稳定性的转速控制。
在工业设备、机器人和家电等领域得到广泛应用。
4.2 电力系统感应同步器可用于电力系统的配电、传输和控制中。
它能够实现电能的传输与布局，提高电力系统的效率和稳定性。
4.3 可再生能源感应同步器在可再生能源领域具有重要作用，例如风力发电和水力发电。
通过控制感应同步器的转速，可以实现电力的高效转换和储存。
4.4 自动化控制感应同步器在自动化控制系统中也扮演重要角色。
它可以用于滑动门、电梯、智能家居等场景中，实现运动控制和位置感知。
4.5 交通运输感应同步器广泛应用于交通运输领域，如电动汽车、高铁和电动自行车等。
它们可以提供高效能源转换和精确控制，促进交通运输的发展和改善。
5. 总结感应同步器是一种利用感应原理实现同步转速的电动机，通过电磁感应现象使转子能够按照旋转磁场的转速同步运转。
感应同步器在电机驱动系统、电力系统、可再生能源、自动化控制和交通运输等领域有着广泛的应用。
感应同步器旋转式工作原理
感应同步器旋转式工作原理
感应同步器旋转式工作原理如下：
1. 磁感应原理：感应同步器旋转式的工作原理基于磁感应现象。
当一个导体相对于磁场运动时，会在导体中产生感应电动势。
这是因为磁场的变化引起了导体中的自由电子运动，从而产生了感应电流。
2. 结构：感应同步器旋转式由一个旋转的金属盘和一个恒定的磁场组成。
金属盘上有一系列的刷子，且刷子与电源相连。
3. 工作过程：当金属盘转动时，刷子与磁场之间的相对运动导致感应电动势的产生。
这些感应电动势通过刷子与电源相连，形成了感应电流。
感应电流可以通过电源输入，也可以用于驱动电动机等设备。
刷子的数量与金属盘上的金属片数量相对应，以确保电流正常流动。
4. 等效电路：感应同步器旋转式的等效电路通常由一个电源、一个旋转式金属盘和一个外部负载组成。
通过控制电源和金属盘的转速，可以调整感应同步器的输出电流和电压。
总结：感应同步器旋转式通过磁感应原理将机械能转化为电能，并通过旋转的金属盘和刷子之间的相对运动产生感应电动势。
这种设备在电力传输、发电机和电动机等领域中得到广泛应用。
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。
第九节感应同步器
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。
感应同步器工作原理
感应同步器工作原理
感应同步器工作原理是通过感应器检测到外部触发信号来实现同步。
其主要组成部分包括感应器、信号处理器和执行器。
感应器负责检测外部触发信号，常用的感应器有光电传感器、压电传感器和声音传感器等。
感应器将检测到的信号转化为电信号输出，作为信号处理器的输入。
信号处理器接收感应器输出的电信号，并对其进行处理和解析。
首先，信号处理器会判断输入信号是否满足触发条件，例如光电传感器可以判断光线是否足够强烈。
若触发条件满足，则信号处理器会生成一个触发脉冲信号，用于控制执行器的动作。
信号处理器还可以进行信号的处理，例如滤波、放大和数字转换等，以提高系统的可靠性和精度。
执行器是根据信号处理器生成的触发脉冲信号来执行相应的动作。
执行器可以是电动机、继电器、气缸等，根据实际需求选择不同类型的执行器。
当感应器检测到外部触发信号时，感应同步器会按照以上的工作原理进行处理，从而实现外部信号的同步。
这在许多自动化系统中是非常常见的应用，例如自动门、自动灯光控制和自动输送线等。
通过感应同步器的工作，可以实现设备之间的协调运行，提高工作效率和安全性。
感应同步器
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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
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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
说明感应同步器的原理及应用
说明感应同步器的原理及应用一、感应同步器的原理感应同步器是一种使用感应原理来实现同步的设备。
它通过感应信号的变化来实现不同设备之间的同步操作。
感应同步器的原理主要包括以下几个方面：1.感应原理：感应同步器利用感应原理来实现同步。
它通过检测感应信号的变化来确定设备的状态，从而进行同步操作。
2.感应信号：感应同步器需要接收感应信号，并根据信号的变化来实现同步。
感应信号可以是各种形式的电信号，比如电压、电流、频率等。
3.感应电路：感应同步器内部配备有感应电路，用于接收和处理感应信号。
感应电路可以对信号进行放大、滤波、逻辑判断等操作，以实现同步的目的。
4.同步操作：感应同步器根据感应信号的变化来进行同步操作。
同步操作可以是启动、停止、调节等，具体操作方式取决于设备的需求。
二、感应同步器的应用感应同步器的应用非常广泛，特别是在自动化控制、工业生产等领域中有着重要的作用。
以下是感应同步器的一些主要应用：1. 自动化生产线感应同步器在自动化生产线中起到关键作用。
它可以通过感应信号来实现各个设备之间的同步操作，比如设备的启动、停止、节奏调整等。
这样可以提高生产效率，减少人工干预，提高产品的质量和稳定性。
2. 电力系统感应同步器在电力系统中也有重要的应用。
它可以用来实现电力设备之间的同步运行，比如同步发电机、同步电机等。
感应同步器可以通过感应信号来调节电力设备的输出功率、频率等参数，从而实现电力系统的平稳运行。
3. 交通信号控制感应同步器在交通信号控制中也得到了广泛的应用。
它可以通过感应信号来实现交通信号的同步调节，比如红绿灯的变化、道路标志的显示等。
感应同步器可以根据交通信号的变化来实现交通的有序进行，提高交通的效率和安全性。
4. 机器人控制感应同步器在机器人控制中也起到重要作用。
它可以通过感应信号来控制机器人的运动、动作等。
感应同步器可以根据感应信号的变化来实现机器人的同步操作，从而实现复杂的机器人控制任务。
测试技术-122 感应同步器
定尺输出的总感应电势为:
e eS eC kUm sin(t ),
其中 2 x
W
通过鉴别感应电动势的相位，例如同励磁电压比相，即可
测出定尺和滑尺之间的相对位移。
12.2感应同步器
12.2感应同步器
鉴幅法——根据感应电势的幅值来鉴别位移量。
在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和相位相同、但幅值不同 的正弦激励电压，即:
目前在实用中多数用前一类励磁方式。
其信号处理方式可分为鉴相方式和鉴幅方式两种,分别用输 出感应电动势的相位或幅值来进行处理。
12.2感应同步器
鉴相法——根据感应电势的相位来鉴别位移量。
在滑尺的正弦、余弦绕组上供给频率相同、相位差为90°的 交流电压励磁即:
us Um sin t
uc
U m
cos t
12.2感应同步器
感应同步器的工作原理
定尺或滑尺其中一种 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 尺的相对位置不同呈 正弦、余弦函数变化。 再通过对此信号的处 理，便可测量出直线 位移量。
12.2感应同步器
在滑尺上施加的正弦激 磁电压为:
us US sin t
n
Uc
U m
cos
定尺输出的总感应电势为:
e eS eC kUm sin( )sint,
其中 2 x
W
幅值
感应同步器相当于调幅器，可由幅值变化测量位移量。
12.2感应同步器
12.2 感应同步器
12.2感应同步器
感应同步器的基本结构
由定尺和滑尺组成，其绕组分布不同——定尺是连续绕 组，滑尺则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置成在空间
感应同步器的工作原理
感应同步器的工作原理
感应同步器的工作原理基于感应电流的产生和磁场的作用。
当感应同步器靠近或移动到一个磁场中时，磁场会产生感应电流，然后感应电流会在感应同步器中产生一定的电流。
这种电流可以用来控制其他设备的运行，如电动机的转速等。
感应同步器通常由线圈和一个磁场生成器组成。
磁场生成器产生磁场，而线圈则位于磁场中。
当磁场生成器产生磁场时，线圈中的电流会发生变化，从而产生感应电流。
感应电流的大小和方向取决于磁场的强度和方向以及线圈的特性。
感应同步器利用感应电流的产生来实现同步。
当感应同步器靠近一个旋转的磁场时，感应电流的大小和方向会随着磁场的变化而变化。
这样，感应同步器中的电流也会随之变化。
通过测量感应同步器中的电流变化，可以确定旋转磁场的速度和方向。
感应同步器常用于测量旋转部件的转速和方向，如发电机和传动装置。
它们也可以用于控制电动机的转速和方向。
通过感应同步器，可以实现系统的同步运行，提高效率并确保设备正常运行。
总体而言，感应同步器的工作原理是基于感应电流的产生和磁场的作用，通过测量感应电流的变化来实现同步运行和控制。
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
直线式感应同步器
sin
cos
滑尺（分段励磁绕组：正弦+余弦）：固定在移动部件
6
0.15 ~0.35mm
直线式感应同步器的工作原理
若滑尺绕组加励磁电压，则由于电磁感应而在 定尺绕组上产生感应电压，其大小取决于滑尺与定 尺的相对位置。
2τ τ/2 E i2 定尺
（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。）
确测量。
19
直线式感应同步器的特点
精度高 输出的电压是许多对极感应电压的平均 值 适用性强 电磁感应，不怕油污和灰尘，不易受 干扰 工作可靠、抗干扰性强 测量长度不受限制 可多根定尺接长 使用寿命长，维护简单 工艺性好，成本低、应用广泛
20
17
根据叠加原理，定尺绕组上总输出感应电势Ud为
Ud＝ Ud s＋ Ud c
＝kUmsin α cosθcosωt －kUm cos α sinθcosωt
＝kUmsin（α－θ）sinωt
定尺绕组中的感应电压Ud的幅值为 Umsin（α－θ） 若电气角α已知，则只要测量出Ud的幅值，便可间接 地求出θ值，从而求出被测位移x的大小。 当定尺绕组中的感应电压Ud＝0时，α＝θ，只要逐渐 改变α值，使Ud＝0，便可求出θ值，从而求出被测位 移x。
滑尺正弦绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合
的定尺绕组上的感应电压为：
Uos=KUScosθ1
滑尺余弦绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合
的定尺绕组上的感应电压为：
Uoc=KUccos（θ1+π/2）
=－K Ucsinθ1
12
滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、 Uc时， 根据叠加原理，则与之相耦合的定尺 绕组上的总 感应电压为： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 K— 电磁感应系数
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》课件
CHAPTER 06
感应同步器的未来发展与展望
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步，感应同步器的性能将得到进一步提升，实 现更高的精度、更短的响应时间和更低的能耗。
智能化
通过集成人工智能和机器学习技术，感应同步器将具备自适应调节 和智能决策的能力，以适应各种复杂环境和应用需求。
微型化
随着微纳制造技术的发展，感应同步器有望实现微型化，从而在紧 凑型设备中发挥更大的作用。
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CONTENTS 目录
• 感应同步器概述 • 感应同步器的工作原理 • 感应同步器的电路设计 • 感应同步器的性能测试 • 感应同步器的应用案例 • 感应同步器的未来发展与展望
CHAPTER 01
感应同步器概述
定义与工作原理
感应同步器是一种基于电磁感应原理的位移或角度测量装置 ，能够将物体的机械量转换成电信号，并通过电子测量系统 进行测量和控制系统。
特点
感应同步器具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、使用寿命长等优点，广泛 应用于精密测量和控制系统。
感应同步器的应用领域
01
02
03
04
数控机床
感应同步器用于数控机床的定 位精度检测和补偿，提高加工
精度。
机器人
感应同步器用于机器人的关节 角度测量和控制，实现高精度
运动控制。
航空航天
感应同步器用于航空航天领域 的精密测量和控制系统，确保 飞行器和卫星的稳定运行。
自动化生产线
感应同步器用于自动化生产线 的位置控制和调整，提高生产
效率和产品质量。
CHAPTER 02
感应同步器的工作原理
电磁感应原理
感应同步器通过电磁感应原理 实现信号的传输与接收。
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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。
1_脉冲相位变换器的基本原理这是一种将脉冲数变换成相位位移的数字模拟变换器，其逻辑框图如图3一17所示。
时钟脉冲发生器发出的脉冲列分成两路：一路经基准通道分频器I进行N分频后作为基准相位的参考信号方波：另一路加到加减器，按指令脉冲的性质对时钟脉冲进行加减。
再经指令通道分频器Ⅱ的N分频后产生指令信号方波，当没有进给脉冲加入的情况下，两个分频器系数Ⅳ相同，在接收到N个脉冲后，同时输出一个矩形方波，其频率和相位相同：当加入表示工作台正向进给的脉冲时，加减器将它们加入时脉冲列中去不允许和时钟脉冲重合)，这样分频器I仍以每接收到Ⅳ个脉冲，输出一个矩形波，而分频器Ⅱ则在同一时间内对(N+n)个脉冲分频，因而输出(1+n／N)个矩形波(n为这个时问内加入的正向给脉冲数)即后者比前者在相位上超前了(n／N)°反之，加入反向进给脉冲，现在分频器l输出一个矩形波后在分频器Ⅱ中输出(1一n／N)个矩形波，这表示后者比前者在相位上落后(n／N)°由此可见，分频器Ⅱ输出的指令信号矩形波相对于分频器I输出的矩形波参考信号有相位变化，其相移的数值正比于加八的进给脉冲数n，而相位移动的方向取决于进给脉冲的符号。
如果感应同步器的节距2r=2ram，脉冲当量(δ)选定为0.01mm，即相当于的相位移。
因此需要把一个节距2mm划分成200等分，所以分频系数N=200，每一个指令脉冲产生l.8°的相位移。
2励磁供电线路脉冲一相位变换器输出的参考信号，作为棚位基准给感应同步器的绕组励磁。
励磁信号通常采用幅度相同、相位相差90°的两个正弦电压，也有采用方波或梯形波励磁的。
图3 18为正弦波供电线路。
基准通道分频器从末级触发器输出两个相位相差90°的方波，经选频滤波网络变成正弦波。
由功放级给感应同步器动尺的两个绕组励磁。
3鉴相器鉴相器又叫相位比较器，其作用是鉴别指令信号与反馈信号之间的相位，并判别相位差的大小和相位的超前或滞后。
鉴相器的线路有多种，近来较多采用一种扩展工作范围的鉴相器，或称宽域鉴相器。
这种鉴相器在理论上说，鉴相范围不受限制，可以任意扩展。
即可以在任意个周期之内单值鉴相。
鉴相器的逻辑原理如图3一19所示，它由用D触发器组成的分频器cl、c3和相位比较触发器c2、c4和三个与非门组成。
当没有c1、c3 时，鉴相范围为±180°。
若c1、c3由一级触发器组成，鉴相范围为2×(±180。
)。
若c1、c3是由分频系数为n的分频器构成，则鉴相范围是nx(±180°)。
说明鉴相器工作原理的各种波形图如图3一20所示。
当指令信号θ1，和反馈信号θ2相位相同时，鉴相器输出(即M3输出)为恒定的低电平，如图3—20a 所示。
当指令信号θ1的相位超前于反馈信号θ2的相位时，鉴相器输出保持恒定的高电平，而M1和M3有脉冲输出，其脉冲宽度为△θ=θl一θ2，如图3—20b所示当指令信号θ1的相位滞后于反馈信号θ2的相位时，鉴相器M1输出保持恒定高电平，而M2及M3有脉冲输出，其脉冲宽度为一△θ=θl一θ2如图3一2所示。
在闭环数控机床的伺服系统中，利用滤波网络将鉴相器M1、M2输出的脉夏相位差△θ而变化的脉冲信号变成和△θ成正比的直流电流(带正负号)，去驱动伺服机构，向着消除误差的方向运动。
感应同步器的鉴幅测量系统：在幅值工作状态下，供给感应同步器滑尺正弦绕组和余弦绕组的励磁信号，是频率和相位相同而幅值不同的两个交流电压。
通过鉴别定尺绕组输出的误差信号的幅值，进行位移测量。
因此在鉴幅测量系统中，作为比较器的是鉴幅器，或称门槛电路。
系统的基本逻辑原理如图3—21所示。
从鉴幅测量的原理看，加给滑尺两个绕组的励磁电压的幅值应满足起始位置时感应电压e=0，当两尺相对移动后，若励磁仍保持原来的数值则误差信号将增大，当超过门槛值时，产生输出脉冲，让这些脉冲作用到数字一横拟变换器E(D／A变换器)，自动地改变励磁电压的幅值，使其满足上面公式，从而使误差信号总是在门槛电平的上下变动。
门槛电平的整定，是根据脉冲位移(相位)当量来进行的，例如，当脉冲-位移当量为O．01mm／脉冲，那么门槛值应整定在O．0017mm 的数值上，亦即位移7μm产生的误差信号经放大正好达到门槛电平。
另外对2r=2mm的感应同步来说，一个门槛脉冲应当对应于使数字一模拟变换器修改1．8°的sin日、cosθ的励磁值。
怎样产生sinθ、cosθ的励磁电压呢?它由数字一模拟变换器产生的，而数字一模拟变换器则由多抽头的计数变压器、开关线路和变换计数器组成，计算变压器的抽头必须精确地按照正弦、余弦函数抽出。