Устройство для контроля параметров синусно-косинусного вращающегося трансформатора

(5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВ ется повыше- ыстродействия структурная тва. ЗадаюГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1056253, кл, С 08 С 25/00, 1982.Авторское свидетельство СССР Р 1262649, кл, Н 02 К 24/00, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СИНУСНО-КОСИНУСНОГО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ТРАНСФОРМАТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности и увеличение быстродействия. Устройство для контроля параметров синусно-косинус- ного вращающегося трансформатора содержит задающий генератор 1, выход которого соединен с обмоткой возбуждения контролируемого вращающегося трансформатора 3, Ротор трансформатора соединен с угломерно задающим блоком, содержащим задатчик угла 14 и датчик положения 16. В состав устройства входит сумматор 10, первый вход которого соединен с одним концом выходной обмотки вращающегося трансформатора, а второй вход - с первым выходом программного блока, блок Изобретение относится к электротехни ке и может быть использовано для автома тического контроля точностных параметро синусно-косинусных вращающихся транс форматоров,воспроизведения результата.37, соединенный - с вторым выходом программного блока, дополнительный трансформатор 9, вторичная обмотка которого соединена с другим концом выходной обмотки вращающегося трансформатора и первым входом измерителя отношений 11. Второй вход измерения отношений соединен с третьим выходом программного блока. Вход первого масштабного преобразователя 2 соединен с выходом генератора 1, а выход - с первыми входами второго масштабного преобразователя 4 и первого фазовращателя 5., выход которого соединен с первым входом программного блока. Выход второго масштабного преобразователя 4 соединен с входом второго фаэовращателя 8, выход которого Я соединен. с первичной обмоткой дополнительного трансформатора 9. Программный (/) блок состоит из управляющего вычислителя 6, входы которого связаны с датчиком положения, выходами сумматора и измерителя отношений, а выходы - с эадатчиком угла 15, вторыми входами второго масштабного пре- - ф образователя и первого фаэовращателя, с 4 коммутатора, управляющий вход которого Ь, подключен к управляющему вычислителю, а С выход является первым выходом программного блока и индуктивного делителя напряжения, выходы которого подключены к коммутатору, 1 ил. Целью. изобретения явл ие точности и увеличение б стройства. На чертеже изображен хема предлагаемого устрощий генератор 1 в зависимости от типа контролируемого синусно-косинусного вращающегося трансформатора .формирует синусоидальное напряжение требуемой амплитуды и частоты. Задающий генератор 1 соединен с первым масштабным преобразователем 2, амплитуда синусоидального напряжения на выходе которого зависит только от коэффициента трансформации данного типа контролируемого вращающегося трансформатора и не изменяется в процессе измерения точностных параметров. Кроме того, задающий генератор 1 соединен с обмоткой возбуждения контролируемого вращающегося трансформатора 3. Квадратурная обмотка в данном случае замкнута и не связана электрически с обмоткой возбуждения. Выход первого масштабного преобразователя 2 соединен с вторым масштабным преобразователем 4 и первым фазовращателем 5, Вторые входы второго масштабного преобразователя 4 и первого фазовращателя 5 соединены с выходом управляющего вычислителя 6, входящим в состав программного блока 7. При компенсации схемы амплитуда напряжения на выходе второго масштабного преобразователя 4 регулируется управляющим вычислителем 6 в соответствии с изменением напряжения на выходной обмотке контролируемого вращающегося трансформатора 3 при вращении его ротора, Первый фазовращатель 5 является программно управляемым от управляющего вычислителя б звеном, компенсирующим разность фазовых сдвигов, вносимых элементами устройства, Выход второго масштабного преобразователя 4 соединен с вторым фаэовращателем 8, выход которого соединен с первичной обмоткой дополнительного трансформатора 9. Второй фаэовращатель 8 обеспечивает компенсацию. сдвига фаз в контролируемом вращающемся трансформаторе 3 и дополнительном трансформаторе 9. Один конец выходной обмотки вращающегося трансформатора 3 соединен с первым входом сумматора 10. Вторичная обмотка дополнительного трансформатора 9 соединена с другим концом выходной обмотки вращающегося трансформатора 3 и первым входом измерителя отношений 11, Напряжение вторичной обмотки трансформатора 9 суммируется с выходным напряжением контролируемого вращающегося трансформатора 3 и поступает на первый вход сумматора 10. Выход первого фазовращателя 5 соединен с индуктивным делителем напряжения 12, входящим в состав программного блока 7, Индуктивный делитель напряжения 12, состоящий иэ ряда одинаковых прецизионных обмоток и предназначенный для формирования эталонных напряжений, запитывается выходнйм напряжением первого фазовращателя 5. В со став программного блока 7, кроме того,входит коммутатор 13, входы которого соединены с выходами индуктивного делителя напряжения 12, управляющий вход с выходом управляющего вычислителя б, а выход 10 - с вторым входом сумматора 10. Напряжение с индуктивного делителя напряжения 12 через коммутатор 13 поступает на второй вход сумматора 10, Сумматор 10 является .гальванически развязанным, фазочувстви тельным (для подавления квадратурной помехи) и прецизионным пороговым устройством, величина выходного тока которого представляет информацию для управляющего вычислителя 6 о наличии (точно) и 20 степени (ориентировочно) рассогласованияв контуре: ко",тролируемый вращающийся трансформатор 3, коммутатор 13, индуктив.ный делитель напряжения 12, выходная обмотка трансформатора 9. Отсутствие тока 25 свидетельствует о компенсации схемы пофазе и амплитуде. Количество одинаковых прецизионных обмоток индуктивного делителя напряжения 12 выбирается иэ расчета разбиения всего диапазона выходных на пряжений контролируемого вращающегосятрансформатора 3 на поддиапазоны выходных напряжений контролируемого вращающегося трансформатора 3 на поддиапазоны, примерно равные 1 В. Шаг 1 35 В позволяет использовать в качестве измерителя отношений 11, 10-12-разрядами быстродействующие для следящего типа или стандартный вольтметр типа 87-39. На чертеже показаны 30 обмоток индуктивного де лителя напряжения 12 И 1, И 2,ИЗО примаксимальной амплитуде выходного напряжения контролируемого вращающегося трансформатора 3, равной 30 В. Второй вход измерителя отношений 11 соединен с 45 эталонной обмоткой И 30 индуктивного делителя напряжения 12, С выхода обмотки И 30 опорное напряжение Ооп. равное 1/30 напряжения индуктивного делителя напряжения 1.2 Оилн поступает на второй вход 50 измерителя отношений 11. На первый входизмерителя отношений 11 поступает напряжение От со вторичной обмотки дополнительного трансформатора 9. Иэмеоитель отношений 11 выполнен по фазочувстви тельной схеме и обеспечивает подавлениеквадрэтурной помехи, присутствующей ввыходном напряжении контролируемого вращающегося трансформатора 3; Коэффициент передачи первого масштабного преобразователя 2 устанавливается равнымкоэффициенту трансформации контролируемого вращающегося трансформатора 3,Ротор контролируемого вращающегосятрансформатора 3 соединен, угломернозадающим устройством 14, содержащим задатчик угла 15 и датчик положения 16. Уголповорота вала ротора контролируемого вращающегося трансформатора 3, механически связанного с датчиком положения 16,задается программно управляемым от вычислительного управляющего устройства 6задатчиком угла 15. Информация с датчикаположения 16 об угловом положении ротораконтролируемого вращающегося трансформатора 3 считывается вычислителем 6. Один 15иэ выходов вычислителя 6 соединен с блоком воспроизведения результата 17.В качестве задатчика угла 15 возможноиспользование бесконтактного моментногодвигателя типа ДМБ, Датчик положения 16 20типа ИПУ-Д в паре с преобразователемПАКобеспечивает измерение угловыхперемещений с точностью до 10 угловыхсекунд. Управляющей вычислителем 6 может быть любая микроэвм или микропроцессорная система управления.Устройство работает следующим образом.,При определенном угловом положенииротора на выходной обмотке контролируемого вращающегося трансформатора 3 наводится синусоидальное напряжение,амплитуда которого соответствует углу поворота ТА. Управляющий вычислитель 6 управляет коммутатором 13 таким образом 35чтобы напряжение, поступающее на второйвход сумматора 10, было больше напряжения выходной обмотки контролируемоговращающегося трансформатора 3 на величину, не превышающую напряжения одной 40обмотки индуктивного делителя напряжения 12. Управляющий вычислитель 6, постоянно принимая информацию от сумматора10, стремится привести величину рассогласования к нулю посредством изменения 45напряжения на вторичной обмотке дополнительного трансформатора 9 с помощьювторого масштабного преобразователя 4,Если при вращении ротора контролируемого вращающегося трансформатора 3 его выходное напряжение увеличивается, товторой масштабный преобразователь 4обеспечивает уменьшение напряжения навторичной обмотке трансформатора 9 От.При уменьшении От до нуля коммутатор 13 55по команде от управляющего вычислителя 6подключает еще одну обмотку индуктивногоделителя напряжения 12 и процесс повторяется, Таким образом, компенсация коэффициента передачи контролируемоговращающегося трансформатора 3 осуществляется делителем напряжения 12 грубо и масштабным преобразователем 4 точно,Напряжение выходной обмотки контролируемого вращающегося трансформатора 3 в зависимости от углового положения ротора равняется О т = 0 К,зп(а 1+ р) яп(а+В),(1)(2) Овт+ От = Оидн пго,где От - выходное напряжение дополнительного трансформатора 9;пго - коэффициент деления отсчета индуктивного делителя напряжения 12, обеспечивающий компенсацию при условии, что напряжение на трансформаторе 9 От меньше опорного напряжения Оол индуктивного делителя напряжения 12,Напряжение на индуктивном делителе напряжения 12 равняется 0 =О К зЬ(вт+дЪ )(3) где Ко - коэффициент передачи первого масштабного преобразователя 2;Ъдн - сдвиг фазы в индуктивном делителе напряжения 12,Измеритель отношений 11 измеряет отношение напряжения на выходе трансформатора 9 От и опорного напряжения Ооп, поступающего с выхода эталонной обмотки ИЗО индуктивного делителя напряжения 12, которое является коэффициентом деления точного отсчета т О пто -(4) где 0 - амплитудное значение напряжения обмотки возбуждения контролируемого вращающегося трансформатора 3;в - частота генератора;р - сдвиг фазы выходного напряжения контролируемого вращающегося трансформатора 3 по отношению к входному;Кт - коэффициент трансформации контролируемого вращающегося трансформатора;В - угловое рассогласование между нулевыми положениями ротора контролируемого вращающегося трансформатора 3 и датчика положения 16.При конденсации схемы по сумматору 10 должно выполняться следующее соотношение:1720128 В существующих конструкциях двухполюсных вращающихся трансформаторовчисло пазов ротора и статора, определяющее гармонический состав погрешностей, 5 таково, что количество точек измерения, которым может представляться непрерывнаяфункция с ограниченным спектром частот,не превышает 360 на один оборот ротора,Таким образом, цикл измерения пара метров вращающегося трансформатора является следующим:Поворот ротора контролируемого вращающегося трансформатора 3 на шаг, примерно равный 1 угловому градусу.15 Измерение углового значения а с помощью датчика положения 16.Компенсация схемы с помощью индуктивного делителя напряжения 12 до уровня,когда отношения пто станет меньше 1.20 Определение коэффициента передачиконтролируемого вращающегося трансформатора 3 300 тПто =оидн ехиднПто 30(8) 81 п (а +Р ) = пто30 Формула (8) содержит постоянный уголф, являющийся угловым рассогласованиеммежду нулевым положением ротора контролируемого вращающегося трансформатора9 и датчика положения 16, Угол рассогласо-:вания Р может быть компенсирован двумяметодами:совмещением нулевых отсчетов контролируемого вращающегося трансформатора3 и датчика положения 16,определением угла рассогласования наэтапе обработки результатов математическими методами и учетом этого рассогласования при всех последующих вычислениях,Первый метод требует дополнительногомеханизма на угломерно-эадающем блоке,что усложняет конструкцию и увеличиваетвремя контроля, второй метод позволяет пу- "5тем интерполяции и поиска минимальногозначения (8) определить величину сдвига р сточностью, достаточной для контроля датчиков класса 0,01.Из (8) видно, что каждому угловому положению а датчика положения 16 соответствует разность коэффициента деленияотсчета пто индуктивного делителя напряжения 12 и коэффициента деления точногоотсчета пто с 30-кратным уменьшением, что55позволяет применять измеритель отношений 11 со сравнительно малым динамическим диапазоном и менее жесткимитребованиями к погрешности измерения.(12) Опорное напряжение равняется 1/30 напряжения индуктивного делителя напряжения 12 Следовательно, выходное напряжение Оттрансформатора 9 равняется или, подставив (3) в формулу (6), оно равняется От.1,. К,. з 1 п (а 1+дЪдн), (7) Подставляя (1), (3) и (7) в формулу (2) и учитывая, что при компенсации схемы по напряжению и фазе должны выполняться соотношения К 1 = Кг, у = Ъдн, получим, что.где и = а 1 па+ Ьп,Ь и определяет погрешность передачи синусной зависимости.Зная истинное значение угла а и величину коэффициента передачи и, можно найти абсолютную погрешность отображения синусной зависимости: Ь и - 1 з 1 п а 1-.1 и 1, (10) Выполнив 360 циклов измерений, получим два массива чисел; и(1) - массив коэффициентов передачи и а (1) - массив значений углов для каждого элемента массива и(1). Эти массивы связаны между собой соотношением и(1) = з 1 п а(1) + Ьп(1)(11) и используются как исходные для вычисления всех точностных параметров контролируемого вращающегося трансформатора. Так, погрешность отображения синусной зависимости равнаЬпеах +1 Ьп 1 в 1 п82 Путем аппроксимации непрерывной функции определяется асимметрия нулевых точек, неравенство коэффициентов трансформации, остаточная ЭДС. Результаты измерений и вычисления фиксируются блокомвоспроизведения результата 17, представляющим собой автоматическое печатающееустройство или видеотерминал,Аналогично получаются два массива чи сел для косинусной обмотки контролируемого вращающегося трансформатора 3 и ния ения; шибка определяется погрешность отображения косинусной зависимости, Все вышеизложенное справедливо и для питания контролируемого вращающегося трансформатора 3 со стороны квадратурной обмотки.Общая погрешность измерения равня- ется, (13 е дидн - погрешность коэффициента деле я индуктивного делителя направления;до - погрешность измерителя отноше дд - погрешность датчика полож дс - погрешность сумматора (о пенсации амплитуды и фазы);д - погрешность от механического сопряжения вала контролируемого вращающегося трансформатора и датчика положения,В настоящее время практически достижимы следующие значения: дидн0,001%; дио - 0,01% ддп - 0,003%; дс0,001%, дм0,001%. Погрешность измерителя отношений, равная 0,01%, достижима при использовании сложных, устройств при большом времени преобразования. Учитывая, что д, входит в общую погрешность с 30-кратным ослаблением, возможно применение устройства класса 0,05 следящего типа с малым временем преобразования, ч дает погрешность, вносимую в систему измерителем отношений, равную 0,0015%. Погрешность датчика положения 0,003% получается при абсолютной погрешности, равной 10 угловых секунд, Подставив в (13) значения всех погрешностей, получим, что д = 0,004%, что позволяет проверять по данной схеме вращающийся трансформатор класса 0,02. При использовании датчика положения с абсолютной погрешностью 3-5 угловых секунд, Возможен контроль вращающихся трансформаторов класса 0,01.Предложенное устройство и методика контроля параметров вращающихся трансформаторов по сравнению с существующими позволяет проверять вращающиеся трансформаторы в динамическом режиме (при непрерывном вращении ротора). Необходимое быстродействие достигается при 10 1520545 0 этом использованием измерителя отношений следящего типа,Изобретение планируется использовать при создании автоматизированных систем контроля точностных параметров синусно-косинусных вращающихся трансформаторов. Экономический эффект от внедрения таких систем ожидается за счет значительного сокращения трудоемкости операций контроля и повышения достоверности результатов измерения,Ф о р мул а и зоб рете н и я Устройство для контроля параметров синусно-косинусного вращающегося трансформатора, содержащее программный блок, блок воспроизведения результата, сумматор и угломерно-задающий блок, состоящий из.задатчика угла и датчика положения и предназначенный для соединения с ротором контролируемого вращающегося трансформатора, при этом первый вход сумматора предназначен для подключения первого конца выходной обмотки контролируемого вращающегося трансформатора, э первый и второй выходы программного блока соединены соответственно со вторым входом сумматора и входом эадатчика угла, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и повышения быстродействия устройства, в него введены задающий генератор, первый и второй масштабные преобразователи, первый и второй фаэовращатели, дополнительный трансформатор и измеритель отношений, а программный блок выполнен в виде управляющего вычислителя с тремя. входами и выходом, коммутатора и индуктивного делителя напряжения с эталоннойобмоткой и общим выводом, выходы которого, кроме общего вывода, соединены со входами коммутатора, выход которого является первым выходом программного блока, а управляющий вход соединен с первым выходом управляющего вычислителя, являющегося вторым выходом программного блока и соединенного с первыми входами первого фаэовращателя и второго масштабного преобразователя, при этом вторые входы первого фазоврэщателя, выход которого соединен со входом индуктивного делителя напряжения второго масштабного преобразователя, соединены между собой и с выходом первого масштабного преобразователя, вход которого соединен с выходом задающего генератора, предназначенного для подключения обмотки возбуждения контролируемого вращающегося трансформатора, э выход второго масштабного преобразователя соединен со входом второго фазовращэтеля, выход которого соединенс1720128 оставитель В.Никаноехред М. Моргентал Редактор В.Фельдман ректор М,Максимишине каз 775 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 первичной обмоткой дополнительного трансформатора, первый конец вторичной обмотки которого предназначен для подключения второго конца выходной обмотки контролируемого вращающегося трансформатора и соединен с первым входом измерителя отношений, второй вход которого соединен с выходом эталонной обмотки индуктивного делителя напряжения, а выходс третьим входом управляющего вычислителя, первый и второй входы и второй выход которого соединены соответственно с выходами сумматора и датчика положения и вхо дом блока воспроизведения результата, авторой конец вторичной обмотки дополнительного трансформатора соединен с общим выводом индуктивного делителя напряжения.