Индуктивный датчик положения ротора

 

1. ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА, содержащий постоянный магнит, установленный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводом первой обмотки трансформатора питания, а вторые - соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторьм выводом первой обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямительного моста и коллектором nepiBoro транзистора,первьш вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой,а второй - с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпрямительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, второй вход выпрямительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питания и первым выводом резистора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения датчика, в него введены элемент задержки , второй и третий транзисторы, первый,второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дросселя соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов и через второй диод - с базой третьего транзистора и первым выводом резистора, а эмиттеры второго и третьего транзисторов соеди (Л нены с шиной питания, выводы третьего диода соединеньЬ с соответствующими выводами четвертой обмотки согласующего трансформатора, коллекторы второго и третьего транзисторов являются выходами индуктивного датчика. 2.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что элемент задержки выполнен в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гисте4 резиса. со 3.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что элемеггт задержки выполнен в виде управляемого дросселя на двух сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, размещенные по отдельности па каждом сердечнике и соединенные между собой последовательно встречно, и общую для обоих сердечников обмотку управления, подключенную к источнику питания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (1!!

3(59 Ь08 С 9/04- 6 01 Р 3/487

t, х.. ":

1,р,=

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а— ю m; и и с я тем, что элемент задержки выполнен в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса.

3. Датчик по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что элемент задержки выполнен в виде управляемого дросселя на двух сердечниках с пря моугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, размещенные по отдельности па каждом сердечнике и соединенные между собой последовательно встречно, и общую для обоих сердечников обмотку управления, подключенную к источнику питания.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3577988/18-24 (22) 13.04.83 (46) 07.08.84. Вюл. К 29 (72) В.В.Омельченко, В.М.Пожидаев, В.В.Шупрута, В.В.Путников и В.Б.Уваров (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР !!= .425199, кл. G 08 С 9/04, 1972, 1

2. Авторское свидетельство СССР

М - 377850, кл. G 08 С 19/06, 1969 (прототип). (54)(57) 1. инджтивный ДАтчик полоЖЕНИЯ РОТОРА, содержащий постоянный магнит, установленный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с.первым выводом первой обмотки трансформатора питания, а вторые — соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом первой обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямительного моста и коллектором первого транзистора, первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой, а второй - с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпрямительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, второй вход выпрямительного моста соединен .с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второи обмотки трансформатора питания и первым выводом резистора, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения датчика, в него введены элемент задержки, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дросселя соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов и через второй диод — с базой третьего транзистора и первым выводом резистора, а эмиттеры второго и третьего транзисторов соединены с шиной питания, выводы третьего диода соединенЫ с соответствующими выводами четвертой обмотки согласующего трансформатора, коллекторы второго и третьего транзисторов являются выходами индуктивного датчика.

1107143

Недостатком известного датчика является невозможность его примеИзобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления вентильными двигателями.

Известен датчик положения ротора, 5 фазовращатель, подключенный к генератору, квантующий rенератор, фазовый инвертор, переключающие устройства, фазовращатель через первое и второе переключающие устройства подключен к усилителю-ограничителю, а кванту-, ющий генератор подключен к первому переключающему устройству непосредственно, а к второму — через фазовый инвертор Г11. 15

Недостатком такого датчика является невозможность получения выходных сигналов с изменяемой обратно пропорционально частоте вращения ротора относительной длительностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является индуктивный датчик положения ротора, содержащий постоянный магнит, рас- положенный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводам одной обмотки трансформатора питания, а вторые выводы соединены с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом одной обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего З5 трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямительного моста и коллектором первого транзистора, первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой и первым выводом первого резистора, а второй вывод— с эмиттером первого транзистора, вторым выводом первого резистора и вторым выходом выпрямительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, а второй вход выпрямительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питания и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен со сглаживающим дросселем !21. нения в системах, требующих регулирования и стабилизацию скорости вращения вентильных двигателей.

Цель изобретения — расширение области применения индуктивного датчика положения ротора.

Поставленная цель достигается тем, что в индуктивный датчик положения ротора, содержащий постоянный магнит, установпенный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводом первой обмотки трансформатора питания, а вторые — соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом первой обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямительного моста и коллектором первого транзистора, первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой, а второй — с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпрями— тельного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, а второй вход выпрямительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питания и первым выводом резистора, введены элемент задержки, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дросселя соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов и через второй диод— с базой третьего транзистора и первым выводом резистора, а эмиттеры второго и третьего транзисторов соединены с шиной питания, выводы третьего диода соединены с соответствующими выводами четвертой обмотки согласующего трансформатора, кол лекторы второго и третьего транзисторов являются выходами индуктивного датчика.

1107143

Элемент задержки выполнен в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса.

Кроме того, элемент задержки выполнен в виде управляемого дросселя на двух сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, passeщенные по отдельности на каждом сердечнике и соединение между собой последовательно встречно, и общую для обоих сердечников обмотку управления, подключенную к источнику питания.

На фиг. 1 приведена электрическая схема индуктивного датчика положения ротора; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы датчика; на фиг. 3 — индуктивный датчик положения ротора с элементом задержки в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса; на фиг. 4 — то же, с элементом задержки в виде управляемого дросселя на двух сердечниках; на фиг. 5 — механические характеристики вентильного двигателя, управляемого датчиком.

Индуктивный датчик положения ротора содержит чувствительные элементы 1 и 2 (дроссели насыщения), подключенные к первичным обмоткам согласующего трансформатора 3, транзистор 4, выпрямительный мост 5, диод 6, трансформатор 7 питания с обмотками 8 и 9, конденсатор 10, сглаживающий дроссель 11 транзисторы 12 и 13, образующие коммутатор вентильного двигателя, диоды

14 и 15, элемент 16 задержки, резистор 17, постоянный магнит 18.

Элемент 16 задержки может быть выполнен либо в виде дросселя насыщения, либо в виде управляемого дросселя 19 с рабочими обмотками 20 и

21 и обмоткой 22 управления и источника 23 питания.

Индуктивный датчик положения ротора работает следующим образом.

При наличии напряжения повышенной частоты на обмотках 8 и 9 трансформатора и при вращении вала датчика с угловой скоростью ) постоянный магнит 18 поочередно намагничивает сердечники чувствительных элементов

1 и 2. В момент изменения состояний сердечников чувствительных элементов 1 и 2 происходит скачкообразное (релейное) изменение полярности напряжения Ц на выходе дросселя 11 (фиг. 2,Q, например, при Ф = О) .

C этого момента начинается отсчет времени задержки 1 (фиг, 2, d ), в течение которого элемент 16 задержки пропускает очень малый ток, и оба транзистора 12 и 13 будут выключены.

По окончании времени 1ь сопротивление элемента 16 задержки резко уменьшается, что ведет к скачкообразному увеличению тока 1. в управляющей цепи транзисторов 12 и 13 (ф .г . 20).

При этом один из транзисторов 12, 13 насыщается, а другой надежно запирается падением напряжения на диоде

15„14, шунтирующем его база-эмиттерный переход.

При t =-3i происходит изменение полярности напряжения 0ср на выходе дросселя 11 (фиг. 2a). С этого момента снова начинается процесс формирования времени задержки, в течение которого ток 1,н в управляющей цепи очень мал, и транзисторы 12 и

13 снова оказываются запертыми (фиг. 2d, при UDt)2 ). В дальнейшем при вращении вала датчика описанные процессы будут повторяться.

Относительную длительность импульсов тока .н в нагрузке датчика можно определить из выражения

2tl, 2СЗ Сь Ы

Т Т Л где t> — длительность импульсов тока ь,;

Т вЂ” период повторения сигн алов

jmp

tq время задержки.

Из выражения (1) видно, что при увеличении угловой скорости uD вращения вала датчика и при постоянном времени задержки будет уменьшаться относительная длительность ь импульсов тока i в нагрузке датчика, т.е. ь и 40 в предлагаемом датчике связаны обратно пропорциональной зависимостью.

Транзисторы !2 и 13 используются для подачи напряжения питания на секции вентильного двигателя (не показаны), и описанное свойство датчика уменьшать относительную длительность импульсов обратно пропорционально частоте вращения ротора будет вызывать стабилизацию частоты вращения двигателя. Действительно, при увеличении частоты вращения двигателя,например,из-за уменьшения на (107143 грузки на его валу относительная длительность сигналов датчика уменьшится. Это приведет к уменьшению относительного времени открытия транзисторов 12 и 13, среднего тока 5 и электромагнитного момента двигателя (фиг. 2,6). Частота вращения двигателя начнет уменьшаться до значения, при котором наступит равенство электромагнитного .момента и момента сопротивления на его валу.

При случайном уменьшении частоты вращения двигателя относительная длительность сигналов датчика увеличится, а значит увеличится средний ток и электромагнитный момент двигателя.

Его частота вращения начнет возрастать до тех пор, пока не наступит равенство электромагнитного момента и момента сопротивления на валу.

Элемент 16 задержки можно выполнить, например, в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса (фиг.3).

В момент изменения полярности напряжения (например, при 00< = О) начинается процесс перемагничивания сердечника дросселя элемента 16. Так как ток намагничивания ненасыщенного дросселя элемента 16 очень мал, то 30 оба транзистора 12 и 13 буду;. выключены в течение всего времени Меремагничивания, определенного конструктивными параметрами дросселя элемента 16.

По окончании процесса перемагничивания дросселя элемента 16 его индуктивность резко уменьшается, что ведет к скачкообразному увеличению тока ъ в управляющей цепи транзисторо"

12 и 13, и один из них открывается. 40

С момента ada=Ë начинается процесс перемагничивания сердечника дросселя элемента 16 в обратном налравлении по сравнению с предыдущим случаем.

Ток ъ в управляющей цепи транзисто= 4 ров 12 и 13 снова резко уменьшается, и они запираются. Далее при вращении вала датчика процессы повторяются.

Для изменения крутизны зависимости относительной длительности импуль- 50 сов от частоты вращения ротора элемент 16 задержки можно выполнить управляемым, например, в виде управляемого дросселя 19 на двух сердечниках (фиг. 4) .

При отсутствии тока подмагничи- вания в обмотке 22 управления дросселя 19 процесс формирования времени задержки Ь аналогичен случаю с элементом 16 задержки в виде неуправ ляемого дросселя. При этом оба сердеч. ника дросселя 19 перемагничиваются одновременно и время задержки равно времени перемагничивания сердечников.

При протекании тока подмагничивания по обмотке 22 управления в каждый полупериод напряжения IJ первым насыщается сердечник дросселя 19, в котором магнитные потоки, создаваемые рабочей обмоткой и обмоткой управления, совпадают. Индуктивное сопротивление его резко падает. Так как второй сердечник в этот момент еще не насыщен, то напряжение U прикладывается к его рабочей обмотке.

Поэтому, хотя второй сердечник еще не 1гостиг насыщения, эквивалентное сопротивление его рабочей обмотки

20 или 21 оказывается очень малым, и напряжение U практически полностью подается на вход транзистора

12 или 13. Так как рабочие обмотки

20 и 21 дросселя 19 соединены между собой встречно, то в следующий полупериод процессы протекают аналогично, отличие состоит лишь в том, что сердечники меняются ролями.

Время Ь в этом случае определяется, кроме конструктивных параметров дросселя 19, величиной тока подмагничивания в обмотке 22 управления, так как от величины постоянного тока в этой обмотке зависят пределы изменения индукции в сердечниках, а следовательно, и время их перемагничивания.

Таким образом, время задержки 1 можно регулировать путем изменения тока подмагничивания в обмотке 22 управления дросселя.

Это обеспечивает простое изменение в широких пределах уровней стабилизированных частот вращения ротора вентильного двигателя, управляемого предлагаемым датчиком. Экспериментально снятые механические характеристики вентильного двигателя, управляемого предлагаемым датчиком, приведены на фиг. 5.

Таким образом, изобретение позволяет расширить область применения индуктивного датчика по сравнению с известными датчиками, поскольку данный датчик может быть использован в системах, требующих регулирования и/или стабилизации скорости вращения вентильных двигателей.

1107143 ios aa

4 °

° J

1107143

l?p об/мин.

7000

Il me

М00

3000

Л7И

/ИО

200 ЛО 300 м, гси оп vu

Фиг.5

Заказ 5762/35 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А.Сидоренко

Редактор С.Пекарь Техрех N.. Гергель Корректор И.Иулла