Реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока

 

Использование: измерение угловой скорости вращения. Сущность изобретения:реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока содержит короткозамкнутый ротор, статор, состоящий из двух пар полюсов, на первой паре которого размещена обмотка возбуждения, а на каждом из полюсов установлены датчики Холла. Датчики Холла второй пары полюсов подключены к источнику постоянного тока, датчики Холла полюсов с обмоткой возбуждения расположены по оси симметрии этих полюсов, выходные цепи этих датчиков соединены последовательно - согласно между собой и последовательно-встречно с выходными цепями датчиков Холла других полюсов и соединены с входом усилителя постоянного тока. К выходу усилителя подключены цепи питания датчиков Холла полюсов с обмоткой возбуждения. 2 ил.

СОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Р 3/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСА -|ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4847550/10 (22) 09.07.90 (46) 15.11.92, Бюл. ¹ 42 (71) Днепропетровский горный институт им.

Артема (72) В.И.Панченко (56) Авторское свидетельство СССР № 134919, кл. G 01 P 3/42, 1960.

Авторское свидетельство СССР № 741157, кл. G 01 P 3/42, 1978. (54) РЕВЕРСИВНЫЙ БЕСКОНТАКТНЪ|Й

ТАХО ГЕ Н Е РАТО Р ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Использование; измерение угловой скорости вращения. Сущность изобретения:реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока содержит короткозамкнуИзобретение относится к технике измерения параметров вращения машин, а конкретно к устройствам для измерения угловой скорости.

Известен бесконтактный тахогенератор с датчиками Холла, магнитная цепь которо- . го состоит из замкнутого магнитопровода, постоянных магнитов по продольной оси, ферромагнитных полюсов по поперечной оси (имеются ввиду электрические оси). Короткозамкнутый ротор представляет собой цилиндр из диамагнитного или магнитотвердого материала. На концах полюсов поперечной оси в рабочем зазоре размещают датчики Холла. То::овые электроды последних подключают к источнику постоянного тока или переменного, При вращении ротора в поле постоянных магнитов возникают поперечный магнитный поток и соответствующая ЭДС датчиков Холла, пропорцио.. Ж«,,1775670 А1 тый ротор статор состоящий из двух пар полюсов, на первой паре которого размещена обмотка возбуждения, а на каждом из полюсов установлены датчики Холла. Датчики Холла второй пары полюсов подключены к источнику постоянного тока, датчики Холла полюсов с обмоткой возбуждения расположены по оси симметрии этих полюсов, выходные цепи этих датчиков соединены последовательно — согласно между собой и последовательно-встречно с выходными цепями датчиков Холла других полюсов и соединены с входом усилителя постоянного тока. К выходу усилителя подключены цепи питания датчиков Холла полюсов с обмоткой возбуждения. 2 ил.

l нальные угловой скорости вращения рото-: Я ра. Для повышения крутизны передаточной характеристики на полюсах поперечной магнитной цепи размещают измерительную обмотку, напряжение с которой подают на токовые электроды датчиков Холла, Недостатками тахогенератора являют- (у : ся: о малая крутизна передаточной характеристики при низких частотах вращения; нелинейность передаточной характеристики, особенно при значительном динамическом диапазоне измерения; погрешность измерения, вызванная за- и висимостью параметров датчиков Холла от температуры и нестабильностью магнитного потока возбуждения.

В качестве прототипа выбран реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока, содержащий на статоре два

1775670

40

55 полюса с обмоткой возбуждения и два полюса с размещенными на них датчиками

Холла, подключенными к источнику постоянного тока. На роторе расположена кораткозэмкнутэя обмотка. Для повышения крутизны передаточной характеристики на каждом полюсе с обмоткой возбуждения размещены в рабочем зазоре симметрично относительно оси полюса дополнительно по меньшей мере два датчика Холла. Потенциальные электроды датчиков Холла, принадлежащих каждому из полюсов с обмоткой возбуждения, соединены между собой последовательно-встречно и последовательно-согласно с потенциальными электродами датчиков Холла других полюсов. Дополнительные датчики Холла также частично пронизываются поперечным магнитным потоком, пропорциональным частоте вращения ротора, благодаря чему крутизна передаточной характеристики тахогенератора увеличивается.

Описанному тахогенератору присущи перечисленные выше недостатки, причем нелинейность передаточной характеристики вызвана соответствующей. зависимостью поперечного магнитного потока от угловой скорости вращения ротора и нелинейностью передаточных характеристик датчиков

Холла. Кроме того, к недостаткам следует отнести большое число используемых в тахогенераторе датчиков Холла, что усложняет схему и удорожает устройство.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности, крутизны передаточной характеристики и расширение .динамического диапазона измерения, Поставленная цель достигается тем, что а известный реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока, содержащий короткозамкнутый ротор, статор, состоящий из двух пар полюсов, на первой паре из которых размещена обмотка возбуждения, а на каждом из полюсов в рабочем зазоре установлены датчики Холла, потенциальные электроды которых связаны междусобой, и индикатор, при этом датчики

Холла, установленные на второй паре полюсов подключены к источнику постоянного тока, дополнительно введен усилитель постоянного тока, а датчики Холла первой пары полюсов установлены симметрично относительно продольной оси этих полюсов, при этом потенциальные электроды датчиков Холла в парах соединены между собой последовательно-согласно, а между парами - последовательно-встречно, причем потенциальный электрод одного из датчиков Холла второй пары датчиков соединен с первым входом усилителя, ко второму входу которого подключен потенциальный электрод одного из датчиков первой пары, токовые электроды датчиков

Холла первой пары объединены попарно. причем одна пара объединенных токовых электродов подключена через индикатор к первому выходу усилителя постоянного тока, другая — ко второму выходу этого же усилителя.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение тахогенератора; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема включения датчиков Холла.

Реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока представляет собой электрическую машину с короткозамкнутым ротором 1, статором 2 с двумя парами полюсов, На диаметрально противоположных полостях 3 первой пары размещена обмотка возбуждения 4. На полюсах 5 второй пары в рабочем зазоре установлены датчики Холла

6 и 7. На полюсах первой пары также установлены датчики Холла 8 и 9 симметрично относительно продольной оси этих полюсов. Потенциальные электроды датчиков

Холла в парах соединены между собой последовательно-согласно, Один из потенциальных электродов из второй пары датчиков соединен с первым входом усилителя постоянного тока 10, ко второму входу которого подключен потенциальный электрод одного из датчиков Холла первой пары датчиков.

Токовые электроды датчиков Холла 8, 9 первой пары попарно обьединены, причем одна пара этих электродов подключена через индикатор 11 к первому входу усилителя постоянного тока 10. другая — ко второму выходу того же усилителя. Токовые электроды датчиков Холла 6, 7 второй пары также попарно объединены и подключены к источнику постоянного тока 12. Датчики Холла в каждой из пар выбраны таким образом, чтобы из суммарное остаточное напряжение на потенциальных электродах было близко к нулю.

Работает тахогенератор следующим образом. Обмотка возбуждения 4 создает по оси первой пары полюсов 3 магнитный поток ©b, который пронизывает вращающийся ротор 1 и вызывает в его обмотке ЭДС.

Вызванный этой ЗДС ток обмотки ротора создает неподвижный в пространстве маг-. нитный поток ©q no оси второй пары полюсов 5. Поток ©q также пронизывает ротор вызывает в его обмотке соответствующие

ЭДС и ток, а последний — магнитный поток по оси первой пары полюсов -- вторичную реакцию ротора. В результате магнитный поток по оси первой пары полюсов умень1775670 шаетсЯ До значениЯ Ф4. Поток Фя, возДействуя на датчики Холла б, 7 создает на их потенциальных электродах ЭДС

Eq = Kq In. f1(t)Bq, Ed = К4!выхт2(т)В4

20 где Kd, f2(t) параметры аналогичные, соответственно К и f1(t);

1вых — выходной ток усилителя;

Bd — магнитная индукция в рабочем зазоре первой пары полюсов. 25

На вход усилителя постоянного тока 10 подается разность ЭДС Л Е = Eq - Е4.

Выходной ток усилителя! вых =КУЛЕ =Ку(Eq — Ed}=

1+Ку К4 f2(} В4 где Ку — коэффициент усиления усилителя, 35 .Обеспечив соответствующим выбором Ку выполнение соотношения КуК412(т)В4» 1 (при наименьшем значении Bd), получают

40 вых = Rqf1(t)Bqln/Kdf2(t)Bd

При изготовлении датчиков Холла иэ одного и того же материала и по.одинаковой технологии следует ожидать, что отношение

Kqf t(t)/Kdf2(t) будет практически стабильным 45 при изменении температуры и магнитной индукции, воздействующих на датчики Холла.

Обозначив приведенное выше отношение через К0, получают 50

Вс вых = Ко 1п

В4

Зу cD о л с;

q где Sd, Sq — площади попеРечных сечений полюсов. где К вЂ” чувствительность датчиков к магнитной индукции;

ln — ток питания датчика;

ft(t) — функция, описывающая влияние 10 температуры на чувствительность датчиков

Холла:

Bq — магнитная индукция в рабочем зазоре второй пары полюсов.

Аналогично, поток Ф4, воздействуя на 15 датчики Холла 8 и 9, создает на их потенциальньгх электродах ЭДС

Значения магнитных потоков

О у0 Фьв

Ч

go Gd Gq иР +1

Ф

Фь доGd GqctP+1 где Gq, 64 — магнитные проводимости по оси второй и первой пар полюсов; go — электрическая проводимость части обмотки ротора, ограниченной в тангенциальном направлении двугранным углом в один радиан.

ПоДставив значениЯ Фя и Ф4 в фоРмУлУ для живых, получают вых = Ко In Gq go®

Последнее выражение показывает, что выходной сигнал — ток усилителя 10, измеряемый икдикатором 11, прямо пропорционален угловой скорости вращения ротора и, т.е. передаточная характеристика тахогенератора линейная.

В тахогенераторе-прототипе имеет мес- то нелинейная зависимость потока Ф от в, что является основной причиной нелинейности его передаточной характеристики.

Для уменьшения степени нелинейности параметры тахогенератора-прототипа выби рают таким образом, чтобы обеспечить выполнение неравенства 90 GqGd< 1/ 04 где Nu — предел измерения тахогенератора.

При этом уменьшается крутизна передаточной характеристики, В данном тахогенераторе ограничений на выбор значений паРаметРов go, Gq u Gd нет, что позволЯет выбирать их оптимальными и обеспечить значительно большую крутизну передаточной характеристики по сравнению с прототипом при одинаковой степени нелинейности. Так, в тахогенераторепрототипе.для обеспечения степени нелинейности по магнитному потоку не более 1 принимают 90 ОчО4 0,04/и4, В данном тахогенераторе параметры можно выбирать, исходя из соотношения go Оя64=

- 1/ é4, что обеспечит повышение крутизны передаточной характеристики в 5 раэ по сравнению с прототипом при той же степени нелинейности или при заданных параметрах расширение динамического диапазона измерения также в 5 раз.

Тахогенератор обладает следующими преимуществами: повышенной линейностью передаточной характеристики при одинаковой с прототипом чувствительно1775670

Фиг. У

Составитель В.Панченко

Техред M.Moðlåíòàë Корректор Э.Лончакова

Редактор

Заказ 4032 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагаринл. 101 стью, или большей чувствительностью при одинаковой с прототипом нелинейностью передаточной характеристики; большим динамйческим диапазоном измерения; 5 меньшей погрешностью, вызванной изменением потока возбуждения и влиянием температуры на параметры датчиков Холла; меньшим числом датчиков Холла, 10

Формула изобретения

Реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока, содержащий короткозамкнутый ротор, статор, состоящий из двух.пар полюсов, на первой паре из кото- 15 рых размещена обмотка возбуждения, а на каждом из полюсов в рабочем зазоре установлены датчики Холла, потенциальные (j электроды которых связаны между собой, и индикатор, при этом датчики Холла, уста- 20 новленные на второй паре полюсов подключены к источнику постоянного тока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения с точности, крутизны передаточной характеристики и расширения динамического диапазона измерений, в него дополнительно введен усилитель постоянного тока. при этом потенциальные электроды датчиков

Холла в парах соединены между собой последовательно-согласно, а между парами— последовательно-встречно, причем один из потенциальных электродов датчиков Холла из второй пары датчиков соединен с первым входом усилителя, к второму входу которого подключен потенциальный электрод одного из датчиков Холла из первой пары датчиков, токовые электроды датчиков Холла первой пары датчиков попарно объединены, причем одна пара объединенных токовых электродов подключена через индикатор к первому выходу усилителя постоянного тока, другая — к второму выходу усилителя постоянного тока, причем датчики Холла первой пары полюсов установлены симметрично относительно продольной оси этих полюсов.