В устройствах автоматики станков с ЧПУ нашли применение аналоговые и дискретные информационные машины (датчики), выполняющие преобразование линейных или угловых механических перемещений в электрические величины.
Метрологические характеристики датчиков:
По характеру зависимости выходного сигнала от входного датчики могут быть: пропорциональные, у которых сигнал на выходе пропорционален измеряемой величине; нелинейные, у которых сигнал на выходе нелинейно зависит от сигнала на входе; релейные, у которых сигнал на выходе изменяется скачкообразно; импульсные, у которых изменение входной величины вызывает появление сигналов-импульсов, число которых пропорционально измеряемой величине.
По виду преобразования сигналов датчики делят на электроконтактные, в которых механическое перемещение преобразуется в электрический сигнал; индукционные, у которых изменение угла поворота вызывает изменение фазы электрического сигнала; фотоэлектрические, в которых световой сигнал преобразуется в импульсы или комбинации импульсов.
По назначению измерительные устройства совместно с датчиками в станочных системах ЧПУ могут подразделяться на устройства: пути, положения, скорости, углового положения и угла рассогласования. Распространение получили устройства, в которых в качестве датчиков используют вращающиеся трансформаторы, сельсины, тахогенераторы и индуктосины.
Измерительные индукционные устройства следящего привода станков с ЧПУ дают информацию о действительном положении рабочего органа и скорости его перемещения. Они состоят из собственно датчика, его устройства связи с рабочим органом и схемы обработки выдаваемых датчиком сигналов. В качестве индукционных датчиков измерительных устройств могут быть использованы: вращающиеся трансформаторы, сельсины, тахогенераторы, индуктосины, редусины и др.
Вращающийся трансформатор типа ВТМ-1М представляет собой индукционную электрическую машину, у которой выходное напряжение является функцией входного напряжения и угла поворота ротора. Вращающиеся трансформаторы используют в качестве датчиков обратной связи по положению и углу в измерительных устройствах.
Вращающийся трансформатор состоит из корпуса; статора и ротора, на которых размещены две одинаковые однофазные обмотки, сдвинутые в пространстве друг относительно друга на 90°; крышки, на которой размещен щеточно-коллекторный узел; вала на котором размещен ротор; подшипников и передней крышки. Магнитопровод микромашины изготавливают из листов электротехнической стали или пермаллоя, листы изолированы друг от друга.
Вращающиеся трансформаторы могут работать в режиме поворота ротора или в режиме его вращения. В обоих случаях ротор, соединенный с исполнительным механизмом, при работе меняет свое положение относительно статора в соответствии с перемещением исполнительного механизма.
При работе в первом режиме обмотка статора присоединяется к сети переменного тока, а компенсационная обмотка (квадратурная) — к некоторому резистору и закорачивается. В некоторых схемах обе обмотки получают независимое питание переменным током. Обмотки ротора (косинусная) и (синусная) присоединяются к контактным кольцам. Для уменьшения числа контактных колец концы двух обмоток ротора присоединяются к общему кольцу.
Рассмотрим принцип действия вращающегося трансформатора. Переменный ток в обмотке возбуждает магнитный поток, пульсирующий с частотой сети. При холостом ходе в обмотках будет наводиться с частотой, которая равна частоте сети, а действующее значение зависит от положения ротора относительно статора. При угле поворота = 0 наводимая в роторных обмотках = 0.
Это выражение показывает, что ЭДС, индуктируемая в роторе, меняется не по значению, а по фазе при изменении угла. Это обстоятельство дает возможность использовать трансформатор, работающий в режиме непрерывного вращения в качестве измерителя рассогласования в фазоимпульсных измерительных системах программного управления.
Основными выходными характеристиками вращающегося трансформатора являются синусно-косинусная характеристика и зависимость напряжения на вторичной обмотке от напряжения на обмотке возбуждения при постоянном сопротивлении нагрузке и постоянном угле поворота.
Условия эксплуатации вращающихся трасформаторов: температура -45...+45°С; относительная влажность окружающего воздуха 95% при 25°С; допустимая вибрация мест крепления с частотой 10 Гц при ускорении 1g; отсутствие при эксплуатации ударов; рабочее положение любое.
Сельсины типа БД-404НА, БС-404НА и БС-155А предназначены для работы в индикаторном или трансформаторном режиме в измерительных системах станков с ЧПУ и в автоматизированных системах управления роботами для получения информации об углах поворота узлов и механизмов оборудования.
Сельсин типа БД-404НА представляет собой электрическую микромашину с однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной вторичной обмоткой, называемой обмоткой синхронизации. В зависимости от конструкции обмотка возбуждения сельсина может быть расположена на статоре или роторе.
