Drivteknik.nu

 

Hem / SKOLA / Skola- Givare

GIVARE - PRINCIP

Givare

källa: Östergrens Elmotor AB

Givarna har till uppgift att mäta hastighet och/eller position. De viktigaste typerna är DC-takogeneratorn, pulsgivaren och resolvern.

Tachogenerator

Takogeneratorns ankare har högohmig lindning och är i övrigt optimerad för att ge en jämn, rippelfri signal. Högohmig är den för att strömmen ska bli låg och inte bromsa motorn eller skapa för hög temperatur i lindningarna. Spänningen ska vara så nära proportionellt med varvtalet som möjligt. Kolborstarna innehåller ofta silver för att ge bästa anliggning mot kollektorn. Slitaget är oftast mycket ringa, eftersom belastningen är låg, varvid kolen helt kan optimeras för att minimera friktionen. Livslängder på 20 000 timmar och mer är vanliga.

De viktigaste egenskaperna för en DC-takogenerator:

Linearitet
Uttrycks i procentuell avvikelse från idealisk proportionell utsignal/hastighet. Lineariteten bör vara mindre än 0,5 %, gärna betydligt mindre.

Rippel
Procentuell högfrekvent avvikelse från medelspänningen. Ripplet beror mest på kommuteringen, och dess frekvens är därför proportionell mot takons hastighet i varv/s gånger antalet kollektorlameller. Upp till 5 % rippel är normalt, men för riktigt fina varvtalsregleringar bör det vara lägre.

Likströms-tachogenerator

 

 

Temperaturkoefficient
Uttrycker temperaturens inverkan på signalen i enheten procent per grad (%/°C). Normalt är 0,02 procent per grad Celsius eller lägre. Siffran överensstämmer med samariumkobolts temperaturkoefficient. Takogeneratorer med lägre temperaturkoefficient har temperaturkompensering. Till detta används ett motstånd vars resistans är temperaturberoende.
När takogeneratorn sitter på en värmealstrande motor, räcker det inte att ta hänsyn till omgivningstemperaturen, även motorns inverkan nåste tas med. För att hålla nere motortemperaturen kan det därför vara bra att överdimensionera motorn när tillämpningen kräver extremt god varvtalsreglering.

Optiska pulsgivare

Den optiska pulsgivaren blir allt vanligare, mest för att den är digital och digitala system ökar i popularitet. Den optiska pulsgivaren ger pulser ifrån sig, skapade av en ljuskälla, en slitsad skiva av något slag och en sensor/mottagare. De indelas i inkrementella. och absoluta, och i roterande och linjära.

 



 

Roterande inkrementell pulsgivare

Tack vare hög upplösning kan pulsgivaren också användas för hastighetsåterkoppling. I digitala system används signalen som den är, i analoga via en D/A-omvandlare som ger pulståg ifrån sig vid rörelse. Roterande pulsgivare kan ge mellan några få och många tusen pulser per varv. De har ofta två kanaler vars pulståg är förskjutna 90 elektriska grader. På så sätt kan elektroniken känna åt vilket håll pulsgivaren roterar. De har dessutom ofta en nollpuls (indexpuls). Denna tredje kanal består av en puls per varv och används som referenspunkt. Indexpulsen är lika smal som de andra kanalernas pulser eller smalare. Indexpulsen på en pulsgivare med 2000 linjer/varv är därför inte bredare än ca en 8000-dels varv (0,045°).
Indexpulsen ger därför en hemmaposition med hög precision och repeternoggrannhet.

 

Pulståg från inkrementell pulsgivare

 

Ljuskällan i pulsgivare är oftast lysdioder och pulsgeneratorn en ljuskänslig krets. Den slitsade skivan består antingen av en stansad metallskiva eller av ett genomskinligt material som belagts med en film med slitsat mönster. Plast-, mylar- och glasskivor används.

 

Uppbyggnaden hos en inkrementell pulsgivare

 

Det finns pulsgivare som ger olika typer av signaler. I utrustning med små avstånd och låga störnivåer används ofta vanlig 5 V TTL-logik. I industriella sammanhang används i allmänhet antingen differentiell 5 V-logik eller 24 V-logik.
Linjära inkrementella pulsgivare
Den linjära inkrementella pulsgivaren fungerar i stort sett som den roterande, men den slitsade skivan är utsträckt i längdled. Längder upp till 3 meter finns att köpa. På linjära pulsgivare finns oftast flera indexpulser som har kodats på olika sätt, så att elektroniken kan skilja på dem.
Linjära pulsgivare används främst när mätresultatet är mycket viktigt, d.v.s. när precisionskravet är stort och man inte kan acceptera inverkan av transmissionen mellan motor och mätställe. Nackdelen med den linjära givaren är att den genom sin storlek är svår att skydda. otymplig att montera. Det kan också uppstå problem när den används till positionsåterkoppling i servosystem, eftersom transmissionen mellan motoraxel och linjär rörelse kan glappa eller svikta, vilket lätt ger självsvängning.

 

 

Linjär inkrementell pulsgivare

Roterande absoluta pulsgivare

Med absolut menar man att varje position är unik. Givaren avger ett system av signaler som tillsammans talar om var man befinner sig. Det består av ett antal kanaler som kombineras binärt; den första bestämmer vilken halva av varvet man befinner sig på, nästa vilken fjärdedel, nästa vilken åttondel, o s v. Om en absolutpulsgivare ska ge hög upplösning krävs med andra ord många kanaler. 10 kanaler, en s.k. 10 bitars pulsgivare, ger t.ex. 210 = 1024 unika positioner på ett varv, en 12 bitars ger 4096 etc.
Fördelen med absolutpulsgivaren är att systemet inte behöver hitta referenspunkt vid spänningssättning. Så fort pulsgivaren fått spänning kan den meddela styrsystemet exakt position. Nackdelen är att den är ganska dyr, och att den kräver mer av elektroniken. Den kan också oftast bara ange positionen inom ett motorvarv. Varianter finns med växel som ökar upplösningen. Likaså finns varianter med elektronisk överföring och kodning av ett stort antal varv, men även detta kräver mer av styrelektroniken.





Kodskiva till en roterande absolut pulsgivare


Resolver

En resolver består av en stator och en rotor med lindningar. Funktionen påminner i viss mån om en transformator, men ändrar sin karakteristik när den roterar.
Över en av statorns lindningar läggs en bärfrekvens på 1–20 kHz. Denna frekvens skapar i de andra faserna en sinus- resp en cosinussignal. Med hjälp av signalbehandling kan fasvinkeln mellan sinus-och cosinussignalerna mätas och visa rotorns vinkelläge.

 

Hålaxelresolver

 

Kapslad resolver

 


Signalerna avges även vid stillastående, vilket gör resolvern till absolutgivare inom ett varv.

 

Signaler till och från resolver

Principschema för resolver


Resolvern har funnit kommersiell användning främst i växelströmsmatade servosystem. Dess fördelar är dels att den är robust och har ringa temperaturkänslighet och dels att den är absolut. Servoförstärkaren behöver ingen ytterligare givare när resolvern kan svara för såväl hastighets- och positionsåterkoppling som för den elektroniska kommuteringen.

 

Flervarviga absolutgivare

Pulsgivaren har flera roterande glasskalor kopplade till en axel via en mekanisk växel. Vanlig utväxling på sista växelsteget är 4096:1. Om signalerna från de olika stegen kombineras får man absoluta värden inom 4096 motorvarv. Från första steget tas ett envarvigt mätvärde i form av sinus- och cosinussignaler som används till att finpositionera och återkoppla servoslingan. Systemupplösningen bestäms av antalet sin/cos-signaler per varv i kombination med pulsgivaringångens ADC-upplösning. 512 signaler och 12 bitar ADC ger t.ex. systemupplösningen 4 194 304 pulser per varv.
Det flervarviga absoluta värdet som adderas till det envarviga läses in i servoförstärkaren via en RS-485-kanal som också kan användas till att läsa/skriva värden till en minnesbuffert, t.ex. strömgränser, lindningsdata och andra motordata som förstärkaren behöver för att styra motorn. När den spänningssätts läses dessa data över från givaren via RS-485-kanalen.


 



 



 



 




 
 

Copyright © Drivteknik.nu 2007-2018. All rights reserved