بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله خطاهای ریزالورهای چندسرعته مانند خطای موقعیت صفر، خطای تعامد، خطای دامنه، خطای عملکرد، خطای اندازه گیری شناسایی و تحلیل شده اند همچنین روشی برای حذف خطاهای سیستماتیک ریزالورهای چندسرعته بیان شده است که سخت افزاری ساده نیاز داشته و همچنین پیچیدگی محاسباتی کمی دارد و در کاربردهایی که ریزالور جزیی از سیستم کنترل سرعت یا وضعیت هستند، دینامیک فرآیند کنترل را کند نمی کند. اگر جبران سازی خطاهای سیگنال های خروجی ریزالور چندسرعته قبل از اعمال به مبدل ریزالور به دیجیتال انجام شود، کنترل موقعیت با دقت بالاتری را نتیجه می دهد. مطالعه موردی نیز روی یک ریزالور چندسرعته با مشخصات و مبدل ریزالور به دیجیتال RDC1740 انجام شده است که نتایج آزمون ها، تحلیل ها را تایید می کند.
کلمات کلیدی: ترانسفورمر، تزویج متغیر، خطا، ریزالور چند سرعته، مبدل الکترومکانیکی
-1 مقدمه
ریزالور یک مبدل الکترومکانیکی است که موقعیت زاویه ای روتور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. اساساً ریزالور نوعی ترانسفورمر دوار است که ضریب تزویج مغناطیسی بین روتور و استاتور متناسب با سینوس زاویه دوران تغییر می کند . ریزالورها دو سیم پیچ روی استاتور و دو سیم پیچ روی روتور دارند که محور مغناطیسی آن ها بر هم عمود می باشد. شماتیک ریزالور در شکل1 نشان داده شده است. در واقع، ریزالور یک سیستم دو ورودی- دو خروجی است. ریزالورها کاربردهای فراوانی در آشکارسازی موقعیت، شیفت زاویه و تبدیل مختصات دارند. اگر ورودی ریزالور یک سیگنال سینوسی باشد و به ازای یک دور چرخش نسبی روتور و استاتور، سیگنال خروجی با N دوره الکتریکی تولید شود آن گاه ریزالور را Nسرعته گویند.
تعداد زوج قطب های روتور و استاتور با عدد N برابرند[1]ریزالورها. کاملاً مقاوم، قابل اطمینان و دارای عمر طولانی هستند که در شرایط محیطی بسیار سخت با رطوبت، حرارت و ارتعاش زیاد به کار خود ادامه می دهند . قابلیت اطمینان بالا و قیمت پایین تر نسبت به انکودرهای نوری با تفکیک پذیری برابر باعث شده است که ریزالورها برای کاربردهایی با دقت متوسط وضعیت - حدود - 8 arc min مانند رادارهای هواشناسی، آنتن های دنبالگر ماهواره ها و رباتیک، ایده آل باشند. طول عمر ریزالور به عمر یاتاقان های به کار رفته در آن محدود می شود به علاوه به دلیل ساختمان یکپارچه، ایزولاسیون سیگنال و حذف حالت مشترک در تداخل الکتریکی به نحو مطلوبی انجام می شود.[2,3]
-2 معادلات دینامیکی ریزالور
با توجه به شکل1، ریزالورها به دو نوع روتور تغذیه شونده و استاتور تغذیه شونده تقسیم می شوند که K ، نسبت تبدیل ریزالور است. در ریزالور مورد مطالعه یکی از سیم پیچ های روتور اتصال کوتاه بوده و سیم پیچ دیگر تغذیه شده است بنابراین سیگنال های ورودی وخروجی با در نظرگرفتن حالت گذرا، به صورت رابطه1و2 بیان شده اند.[4] با صرف نظر از اثر شار اتصال کوتاه سیم پیچ ورودی R2R4 روی ولتاژهای خروجی که به صورت تجربی آزمایش شده است و تاثیر درنظرگرفتن آن از دقت مورد نیاز کمتر است، داریم:
-3منابع خطاهای ریزالورهای چندسرعته
اساسی ترین ویژگی ریزالور، تغییر سینوسی چگالی میدان مغناطیسی در فاصله هوایی است که معادل تغییر سینوسی اندوکتانس متقابل بین سیم پیچ های استاتور و روتور است.[4,6,9]
-خطاهای ناشی از اصول عملکرد ریزالور
-خطاهای ساختمان
-خطاهای تولید معیوب
-خطاهای ناشی از شرایط کاری
خطاهای ناشی از ساخت هسته مغناطیسی و سیم پیچ ها می تواند به حداقل مقدار خود برسد. سیم پیچ های ریزالورمعمولاً در شیارها قرار داده می شوند. بنابراین پرمآنس فاصله هوایی مقدار ثابتی ندارد و در زیر دندانه، حداکثر و در زیر شیارها حداقل است. بر این اساس میدان مغناطیسی نه تنها دارای فرکانس اصلی است بلکه بی شمار هارمونیک های مراتب بالاتر را نیز داراست. به علت این که هارمونیک های هم مرتبه ی سیم پیچ و شیار با یکدیگر جمع می شوند، معادلات عمومی نشان دهنده مرتبه هارمونیک های فضایی عبارتند از:[5]
تعداد شیارهای روتور و k1, k 2 اعداد صحیح اند که صفر نیز می توانند باشند.که Z1 36 تعداد شیارهای استاتور، Z2 24 p نیز تعداد قطب است. اگر هارمونیک های میدان استاتور و روتور با هم برابر باشند - v p 2 - v p 1 ، هارمونیک ها در ولتاژ القایی ظاهر می شوند و شکل موج ولتاژ را از شکل موج سینوسی ایده آل خارج می کنند.
-4انواع خطاهای ریزالورهای چندسرعته
در تحلیل خطا، نسبت خروجی به ورودی، مبنای تحلیل قرار داده شده است به عنوان مثال در رابطه4،es1s3 eS1S 3 / eR1R3 و دامنه سیگنال ورودی واحد - - A=1 و k=1 فرض شده است.[5,6]
-4-1خطای موقعیت صفر
خطای موقعیت صفر ناشی از ساخت بی کیفیت هسته و سیم پیچ است. در ریزالورهای Nسرعته که دارای 2p قطب است، دامنه سیگنال در هر گام قطب یا 180 درجه الکتریکی، صفر می شود. انحراف موقعیت صفر ولتاژ با موقعیت صفر ایده آل، خطای موقعیت صفر را نشان می دهد. خطای موقعیت صفر را برحسب درجه الکتریکی نشان می دهد:
