Датчик положения ротора вентильного электродвигателя

 

1 аю о»

СОКИ СОВЕТСНИХ

ШИ Л ЮИ%

РЕСГ1УВЛ4Н

359Н 02К 29 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудмРстВенный нОмитет СОСР

ПО ДЕЛАЫ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3289510/24-07 (22) 13.05.81 (46) 15..06.83. Бюл. 9 22 (72) BiK. Лоэенко, A.È..Ñàíòàëîâ, Ю.И. Кирьянов и S.В. Захлестни (53) 621 ° 313. 13.014.2:621.3.82.72 (088.-8) (56) 1. Патент Великобритании

В 1115523, кл. Н 02 А,, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

В 425275, кл. Н.О2 K 29/02, 1971..

3. Авторское свидетельство СССР

В 605291, кл. Н 02 К 29/00, 1975. (54).(57). 1. ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА

ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содер- жащий два конденсатора постоянной емкости с подвижными и неподвижными обкладками, конденсатор переменной емкости,.подвижные обкладки которо-. го объединены в расположенные со сдвигом на фиксированный угол первую-и вторую основние секции по р Смещенных на угол 2 /р обкладок В каждой, а неподвижные обкладки составляют группу из а секций, связаннйх каждая с одним из зажимов нагрузки и расположенных с равномерным сдвигом, каждая секция состоит из р смещенных на угол 2Щр обкладок, два регулируемых источника питания, один из зажимов каждого из которых подключен. через конденсатор постоянной емкости к одной из подвижных секций конденсатора переменной емкости, о.т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расмиреиия области применения, он снабжен двумя конденсаторами постоянной емкости, конденсатор переменной емкости снабжен первой и второй дополнительными подвижными секциями аналогичными основJ

O ньж, а каждая дополнительная секция ® расположена со сдвигом на угол Ж/р относительно одной из основных сек- Щ ций и связана через один из конденсаторов постоянной емкости с вторым зажимом источника питания, первый зажим которого подключен к этой ос- р новной секции, где m — число фаэ электродвигателя.

1023563

2. Датчик по и. 1, о т л и ч,а ю шийся тем, что конденсатор переменной емкости снабжен второй группой дополнительных m секций неподвижных обкладок, аналогичных основным и расположенных со сдвигом

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для определения положения вращающегося объекта, и может быть использовано при разработке вентильных электродвигателей, особенно вентильных электродвигателей повышенной мощности, в которых необходимо регулирование угла опережения включения секций.

Известен датчик положения ротора для вентильных электродвигателей, содержащие конденсатор постоянной емкости с неподвижной и подвижной обкладками, конденсатор переменной емкости с неподвижной и подвижной обкладками и конденсатор переменной емкости с группой секций неподвижных обкладок и подвижной обкладкой, гальванически соединенной с подвижной обкладкой конденсатора постоянной емкости, неподвижные обкладки соединены с одним из зажимов нагрузки, вторые зажимы нагрузки объединены и соединены с зажимом источника питания, второй зажим которого соединен с неподвижной обкладкой конденсатора постоянной емкости (1).

Недостатком такого датчика положения ротора является невозможность изменения фазы огибающей сигналов на нагрузке, которое необходима для регулирования угла опережения включения секций вентильного электродвигателя.

Известен датчик положения ротора трансформаторного типа, представляющий собой бесконтактный аналог электрической машины с двухфазной обмоткой на роторе и многофазной обMoTkoA на статоре. Секции двухфазной обмотки подключены к раздельно регулируемым источникам питания повышенной частоты, а секции .многофазной обмотки - к нагрузка, например к фазочувствительной схеме, расположенной в управляющих цепях ключей преобразователя частоты вентильного электродвигателя. Этот датчик положения ротора позволяет изменять угол опережения включения в любых пределах и может применяться в вентильных электродвигателях различных типов P 2). относительно первой группы на угол

7Г/р .

3. Датчик по п. 2, о т л и ч а— ю шийся тем, что секции второй группы электрически соединены между собой.

Недостаток этого датчика заключается в нетехнологичности, поскольку при высокой частоте питания необходимы магнитопроводы из ферритов

5 или магнитодиэлектриков. Определенную сложность представляют собой и намоточные работы.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик положения ротора

)Q вентильного электродвигателя, содержащий конденсаторы постоянной емкости с подвижными и неподвижными обкладками, конденсатор переменной емкости с группами секций подвижных и неподвижных обкладок, установленных с фиксированным сдвигом, и два регулируемых источника питания, один из зажимов каждого из источников питания соединен с неподвижной обкладкой одного из конденсаторов постоянной емкости, неподвижные обкладки каждого из конденсаторов постоянной емкости соединены с одной из секций подвижных обкладок, а каждая секция неподвижных обкладок со 5 единена с одним .из зажимов нагрузки.

Этот датчик положения ротора позволяет в некоторых пределах менять фазу выходного сигнала и регулировать тем самым угол опережения P3), 30 Недостатки известного датчика состоят в невозможности его применения в ряде устройств из-за искажения формы выходного сигнала, невозможности получения многофазной сим35 метричной системы выходных сигналов, невозможности реверса вентильного электродвигателя, малого диапазона изменения фазы выходного сигнала датчика положения ротора.

Цель изобретения - расширение области применения, функциональных возможностей, создание датчика положения ротора соединяющего в себе достоинства трансформаторных датчиков, возможность регулирования фазы

45 выходного сигнала, с достоинствами емкостных датчиков - высокой технологичностью

Поставленная цель достигается тем, что датчик положения ротора, 50 вентильного электродвигателя, содержащий два конденсатора постоянной емкости с подвижными и неподвиж1023563 ными обкладками, конденсатор переменной емкости, подвижные обкладки которого объединены в расположенные со сдвигом на фиксированный угол первую и вторую основные секции по р смещенных на угол 2Ж/р обкладок в каждой, а неподвижные обкладки составляют группу из m секций, связанных каждая с одним из зажимов нагрузки и расположенных с равномерным сдвигом, каждая секция состоит 10 из смещенных на угол 237р обкладок, два регулируемых источника питания, один из зажимов каждого из которых подключен через конденсатор постоянной емкости к одной из подвижных секций конденсатора переменной емкости, снабжен двумя конденсаторами постоянной емкости, конденсатор переменной емкости, снабжен первой и второй дополнительными подвижными секциями, аналогичными основным, а 2О . каждая дополнительная секция расположена со сдвигом на угол 7 /р относительно одной из основных секций и связана через один из конденсаторов постоянной емкости со вторым

25 зажимом источника питания, первый зажим которого подключен к этой основной секции, где m — число фаз электродвигателя. Конденсатор переменной емкости 30 может быть снабжен второй группой дополнительных m секций неподвижных обкладок, аналогичных основным и расположенных со сдвигом относительно первой группы на угол /p. . 35

Секции второй группы конденсатора переменной емкости могут быть электрически соединены между собой.

На фиг. 1 изображена электрическая схема датчика положения ротора, на фиг; 2 - вариант электрической схемы датчика положения ротора; на фиг. 3 - вариант конструкции датчи.ка положения ротора с аксиальным

:воздушным зазором, на, фиг. 4 - активная поверхность неподвижной час- 45 ти конденсатора переменной емкости," на фиг. 5 - активная поверхность подвижной части конденсатора переменной емкости, на фиг. б — активные поверхности конденсаторов постоянной щ . емкости.

Датчик положения ротора содержит четыре конденсатора 1-4 постоянной емкости, конденсатор 5 переменной емкости и источники б и 7. Конденсаторы постоянной емкости содержат неподвижные обкладки 8-11 и подвижные .обкладки 12-15. Неподвижная обкладка

8 конденсатора постоянной емкости соединена с одним из зажимов регулируемого источника б питания..С дру-. гим его зажимом соединена неподвижная обкладка 9 конденсатора 2 постоянной емкости. Подвижные обкладки

12 и 13 конденсаторов 1 и .2 постоянной емкости соединены с подвижными секциями 16 и 17 конденсатора 5 переменной емкости, образующими первую группу. Подвижные секции 18 и 19, образующие вторую группу, соединены соответственно с подвижными обкладками 14 и 15 конденсаторов 3 и 4 постоянной емкости, неподвижные обкладки 10 и 11 которых соединены соответственно с зажимами второго регулируемого источника 7 питания.

Конденсатор 5 переменной емкости содержит неподвижные секции 20, 21 и 22 (фиг. 1 ). В случае, если секции второй группы электрически соединены между собой конденсатор 5 содержит группу секций 23, 24 и 25. Зажимы

26, 27 и 28 нагрузки соединены с секциями первой группы..

Число подвижных обкладок конденсатора переменной емкости в секции равно числу р пар полюсов двигателя, в котором датчик может быть использован, число секций в два раза больше числа групп.

Угловой сдвиг между одноименными подвижными обкладками разных секций конденсатора переменной емкости равен 180 эл.град, угловой сдвиг между подвижными секциями одной группы конденсатора переменной емкости равен 180 град. и, следовательно, всегда кратен

180 эл.град.

Угловой сдвиг между группами секций, соединенных через конденсаторы . постоянной емкости с разными источниками питания, равен 90 эл.град.

Число неподвижных обкладок конденсатора переменной емкости в группе равно числу в фаз вентильного электродвигателя, в котором датчик . может быть использован, число обкладок в секции равно либо числу пар полюсов вентильного электродвигателя, либо числу полюсов.

Угловой сдвиг между одноименными обкладками, относящимися к различным секциям, равенЩмиград.

Для датчика (фиг. 1-6) P = 1, m = 3, т.е. секция состоит из одной .обкладки. Приведенные соотношения чисел подвижных обкладок конденсато ра переменной емкости и чисел пар полюсов справедливы, если ротор датчика положения ротора (фиг. 3) соединен непосредственно с ротором вентильного электродвигателя.

Если же они соединены через какойлибо функциональный преобразователь

{ нанример, через редуктор ), число обкладок должно быть изменено в соответствии с передаточным отношением редуктора.

Равным образом, при соединении секций 20-25 с управляющими цепями ключей преобразователя частоты вентильного электродвигателя через какой-либо функциональиый преобразователь (например, через трансформа-!

1023563 торный фазорасщепитель) в соответствии с его передаточной функцией должно быть изменено число секций и число обкладок в секции конденсатора 5 переменной емкости..

H фиг. 3 изображен датчик поло- 5 жения ротора с аксиальным воздушным зазором. Подвижная часть датчика положения ротора, на которой с одной стороны на изоляционном основа- нии расположены обкладки 12 15 кон- 10 денсаторов переменной емкости, рас.положены между неподвижными пластинами, на одной из которых расположены .неподвижные обкладки 20-22 конденсатора переменной емкости, а на другой- 15 неподвижные обкладки 8-11 конденсаторов постоянной емкости.

Обкладки конденсатора переменной емкости могут быть профилировайы по какому-либо закону, например синусоидальному.

На практике могут найти йрименение датчики положения ротора с радиальным воздушным зазором с конденсаторами цилиндрической формы н датчики положения ротора, у которых часть конденсаторов может иметь радиальный, а часть - аксиальный воздушный зазор.

Возможен также линейный вариант датчика положения ротора, где роль 30 конденсатора постоянной емкости может играть рельс, провод и т.д. датчик положения ротора работает следующим образом..

Напряжение повышенной частоты от одного из источников питания, например 6, приложено к подвижным обкладкам 16 и 17 конденсатора переменной емкости через конденсаторы 1 и 2 постоянной емкости, а напряжение источника 7 равно нулю.

При этом между неподвижными секциями, например 20 и 21, возникает напряжение высокой частоты, равной частоте источника питания, огибающая которого представляет собой си- 45 нусоидальную функцию угла поворота ротора датчика положения ротора.

Через каждые 180 эл.град. фаза напряжения высокой частот я инвертируется. 50

Моменты инвертирования фазы напряжения высокой частоты „возникающие между другими секциями, например между секциями 21 и 22, смещены относительно моментов инвертирова- . ния фазы напряжения соседних секций на угол УЯЮ.

Таким образом, на зажимах 26, 27 и 28 нагрузки s приведенном случае имеет место трехфазная система напряжений высокой частоты. Для получения информации о положении ротора эти сигналы подаются обычно на .вход фазочувствительной схемы.

При отсутствии напряжения на выхо, де источника 6 питания и наличии 1 65 напряжений на выходе источника 7 питания моменты инвертирования фазы 1 смещены на угол, равный угловому сдвигу между секциями подвижных обкладок 16,17 и 18,19 конденсатора переменной емкости одной группы, т.е. на угол, равный 90 эле.град.

Плавно регулируя напряжения ис- . точников 6 и 7 питания, можно в любых пределах изменять моменты инвертирования фазы напряжения высокой частоты, т.е. регулировать фазы выходного сигнала датчика положения ротора, частота которого равна частоте вращения вентильного электродвигателя, не меняя формы огибающей высокочастотного сигнала.

В данном датчике положения ротора, как и в трансформаторных датчиках, регулирование фазы выходного сигнала может быть осуществлено в любых пределах при сохранении симметрии между всеми сигналами и сохранении синусоидальной формы огибающей.

По сравнению с трансформаторными датчиками максимально упрощается технология изготовления датчика, а по сравнению с емкостными датчиками расширяются функциональные возможности и ббласть применения.

Упрощается структурная схема. реверсивного вентильного электродвигателя, в котором может быть использован данный датчик, отпадает необходимость в функциональном преобразователе, переключающем входные цепи преобразователя частоты по отношению к чувствительным элементам датчика положения ротора и имеющем сложную структуру и значительные массу и габариты.

Вентильный электродвигатель с таким датчиком положения ротора имеет повышенные энергетические показатели. Расчеты показывают, что вентильный электродвигатель, у ко-. торого угол опережения включения регулируется так, чтобы оставался минимальный запас коммутационного интервала, при использовании его в регулируемом приводе и, в частности, в вентильном электродвигателе с частными пусками, имеет КПД на 15-20Ъ выше, чем вентильный электродвигатель с нерегулируемым углом опережения. Это свойство датчика положения ротора особенно ценно в системах электропривода с автономным источником питания, например в приводе электродвигателя.

ПовыщаетсЯ надЕжность вентильного электродвигателя, поскольку структур. ная схема регулируемого и реверсивного вентильного двигателя с использованием данного датчика положения ротора наиболее прОста, содержит наименьшее количество элементов.

1023563

Составитель B. Комаров

Редактор Л. Алексеенко Техредй.Гергель Корректор А, Дзятко

Заказ 4233/45 Тираи 6В7 Падписное

ВНИИПИ Государственного- комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская иаб., д. 4/5 .Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4