Датчик положения для управления вентильным электродвигателем

 

Оп ИСАНИЙ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистииейах

Реслублик о 1663035(61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.08.74 (21) 2053438/24-07 (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Н 02 К 29/02

G08C 9/04

Гесударстеенный кеннтет

СССР пе делам нзебретеннй н еткрытий

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18 (53) УДК 621.313. .292 (088.8) Дата опубликования описания 19.05.79 (72) Авторы изобретения

В. К. Лозенко и А. М. Санталов (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к устройствам,, г предназначенным для контроля положения перемещающегося, например вращающегося объекта, и может быть использовано в качестве датчика положения ротора для вентильных двигателей, двигателей внутреннего сгорания и т.д.

Известен датчик положения ротора вентильного двигателя, содержащий две синхронные машины с общей обмоткой якоря и установленными с фиксированным угловым сдвигом индукторами, обмотки которых подключены к раздельно регулируемым ис. точникам (1). Этот датчик обладает широкими функциональными возможностями, в частности позволяет регулировать фазу выходного сигнала. Основной недостаток его заключается в сложности изготовления, так как его магнитопровод должен быть изготовлен из ферритов или магнитодиэлектриков.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является датчик положения для управления вентильным электродвигателем, содержащий ротор с сигнальными элементами и статор с комплектом чувствительных

2 элементов, размещенных с шагом, равным

2я/m, входные цепи которых соединены между собой последовательно и подключены к регулируемому источнику питания (2). Такой датчик прост по своей конструкции и технологичен в изготовлении, однако не может быть использован для управления вентильными двигателями широкого класса.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика при сохранении простоты его конструкции и тех10 нологичности изготовления. Это достигается тем, что предлагаемый датчик снабжен дополнительным регулируемым источником питания и дополнительным комплектом чувствительных элементов, смещенным относительно основного на фиксированный угол, входные цепи чувствительных элементов дополнительного комплекта соединены между собой последовательно и подключены к дополнительному регулируемому источнику, а выходные цепи двух смещенных на тот же фик20 сированный угол чувствительных элементов, принадлежащих разным комплектам, соединены между собой последовательно.

В качестве чувствительных элементов могут быть использованы датчики ЭДС Холла, ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Ы АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.10.75 (21) 2183205/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.0579. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 19.05.79 -Государственный комитет

СССР оо делам иэооретеннй н открытий (72) Авторы изобретения

Р. К. Евсеев и H. И. Лебедев (71) Заявитель (54) РЕВЕРСИВНЫИ ВЕНТИЛЬНЪ|Й ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электрических машин и может быть использовано при создании управляемых вентильных двигателей.

Известны управляемые реверсивные вентильные электродвигатели, секции обмотки якоря которых соединены с источником питания через мосФовой полупроводниковый коммутатор, а входы ключей коммутатора связаны с выходами датчика положения ротора (ДПР) через логическое устройство, обеспечивающее изменение направления вра10 щения ротора электродвигателя (1), (2) (3).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению являетяся двигатель, который имеет ДПР, содержащий источник питания, сигнальный элемент с угловым размером активной части, равным

180 эл. град. и S чувствительных элементов (где S — число ветвей мостового коммутатора, равное числу секций двигателя). Выходы

ДПР таких двигателей соединены со входами логической схемы, содержащей 2S элеао ментов «запрет». При реверсивном вариан- те двигателя число элементов «запрет» уд= ваивается, схема содержит 12 схем «запрет», реализованных на трех логических элементах НЕ, шести логических элементах ИЛИ и двенадцати схемах И (3).

Недостатком известных устройств является их сложность.

Цель предлагаемого изобретения — упрощение и повышение надежности реверсивного вентильного электродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что функциональный преобразователь снабжен дополнительно четырьмя диодами, каждая схема «запрет» выполнена в виде феррит-диодной ячейки с обмоткой «записи», «запрета», «тактовой» и «выхода», источник питания выполнен в виде источника переменного напряжения, ключ реверса выполнен в виде синхронизированных между собой первого и второго двухполюсных переключателей, причем нормально разомкнутый контакт первого переключателя объединен с нормально замкнутым контактом второго переключателя, общая точка чувствительных элементов связана с подвижным контактом первого переключателя, выходной зажим каждого чувствительного элемента связан с началом обмотки «запись» своего канала и через по66303 нутым контактом первого переключателя и. щих взаимное влияние друг друга.

Так, например, при протекании тока как в обмотке 6, так и в обмотке 12, направленных навстречу друг другу, перемагничивание сердечника из одного магнитного состояния, принимаемого условно за нуль («О»), в другое устойчивое состояние — кединица» («1») не произойдет, и ток, проходящий по тактовой обмотке 18, также не перемагнитит сердечник. Следовательно, сигнала в выходной

1у обмотке в этом случае, т. е. при действии сигнала «запрет», не будет. Если же ток протекает только в обмотке «запись» 6 и не протекает по обмотке «запрет» 12, то под действием тока «записи» происходит леремагничивание сердечника трансформатора 5 в состояние «единица», а тактовый иМпульс тока, следующий за импульсом тока «записгг» считывает эту «единицу», переводя сердечник снова в исходное «нулевое» состояние, а в выходной обмотке 24 будет индуктирован полезный сигнал «ав». Аналогично работают остальные элементы «запрет» в схеме датчика.

При положении ключа реверса 41, изображенном на фиг. 1, работа ДПР происходит следующим образом. Положительный импульс тока (клемма 39 имеет положительный потенциал относительно клеммы 40), проходя через «возбужденный» чувствительный элемент 1 датчика, попадает на обмотку «за30 пись» 6 и обмотку «запрет» 14. Если, кроме чувствительного элемента 1 сигнальный сектор якоря ДПР не перекрывает сердечники других чувствительных элементов, т.е. отсутствуют сигналы от чувствительных элементов 2 и 3, то изменяется магнитное состояние тех сердечников, в которых есть токи в обмотках «запись», и отсутствуют токи в обмотках «запрет». Сердечник запоминает состояние «1». Следующим за импульсом «записи» импульс тока, проходя по «тактовой» обмотке, перемагнитит только сердечники, находящиеся в состоянии «1». На выходных обмотках этих сердечников при его перемагничивании в исходное «нулевое» состояние возникает «ïoëåçíûé» сигнал «ав» и «ас».

На остальных сердечниках сигнала не возникает, так как изменение магнитного состо4> яния остальных сердечников из-за отсутствия сигналов «записи» или наличия сигналов «запрет» не происходит и тактовый импульс не изменяет исходного «нулевого» состояния сердечника.

Если будут возоуждены два чувствительных элемента например 1 и 3, то импульсы поступают одновременно в обе ветви 6 и 8.

При одновременном воздействии сигналов

«записи» и «запрета» перемагничивание в сердечниках ячеек 44 и 47 не происходит. и Не происходит перемагничивание и в сердечниках, где включены обмотки «запрет»

l4 или 17, т. е. в сердечниках 43, 45, и толь3 следовательно-встречно соединенные обмот ки «запрет» той же груйпы и обмотки «за прет» и «запись» другой группы — с пер вым зажимом источника питания, тактовые обмотки соединены между собой последовательно и подключены между нормально замкподвижным контактом второго переключателя, а источник питания соединен с ключом реверса через первый, второй; третий и четвертый диоды, причем первый и второй диоды, а также третий и четвертый соединены соответственно с первым и вторым зажимами источника своими разноименными зажимами, катод первого и третьего диодов соединен с нормально замкнутым контактом первого переключателя, анод второго соединен с нормально разомкнутым контактом второго переключателя, а анод четвертого соединен с объединенным зажимом переключателей.

На фиг. 1 показана принципиальная схема ДПР реверсивного вентильного двигателя; на фиг. 2 и 3 — диаграммы напряжений в обмотках феррит-диодных ячеек для прямого и обратного напра влений вращения.

На фиг. 1 представлены чувствительные элементы 1, 2, 3 ДПР, сигнальный элемент

4 ДПР, сердечники 5 феррит-диодных ячеек, обмотки «запись» 6 — 11, обмотки «запрет»

12 — 17, «тактовые» обмотки 18 — 23, выходные обмотки 24 — 29,подвижный контакт 30 первого переключателя, подвижный контакт

31 второго переключателя, неподвижные контакты 32 первого переключателя,неподвижные контакты 33 второго переключателя, объединенные неподвижные контакты 34 первого и второго переключателей, диоды 35 — 38, зажимы 39 40 источника питания, ключ 41 реверса, феррит-диодные ячейки 42---47, а,в атоки в обмотках «запись», а, и, с -- - гоки в обмотках «запрет», d — токи в «тактовых» обмотках.

Питание ДПР осуществляется от источш.ка переменного тока через дио ll>l, включенные определенным образом, при этом трансформаторные ферро-диодные элементы «запрет» кроме функции электрического разделения сигналов управления, выполняют еще логическую функцию «запрет» по току, а включение ключа реверса осугцествлено так, что при изМенении положения его подвижных контактов 30, 31 изменяется направние тока «запись» и «запрет».

Феррит-диодный вариант логического элемента «запрет» трансформаторного типа имеет четыре обмотки: обмотку «запись», обмотку «запрет», «тактовую» обмотку и выходную обмотку

Принцип работы феррит-диодного элемента «запрет» основан на сложении намагничивающих сил от двух встречно-направленных токов, протекающих одновременно по

4 двум одинаковым обмоткам и компенсирую663036

S ко в двух сердечниках 42 и 46 происходит перемагничивание из исходного «нулевого» состояния в состояние «единица». Тактовый импульс, проходящий по обмоткам d, считывает эту «единицу», возвращая сердечники в исходное «нулевое» состояние. Это про- исходит при положительном потенциале зажима цепи питания 40 относительно зажима 39 и при положении ключа реверса, указанном на фиг. l. При другом положении ключа реверса контакт 31 соединен с контактом 33, контакт 30 — с контактом 34, 1о принцип работы ДПР остается тем же, только обмотки меняют свои функции: обмотка

«запись» выполняет функцию «запрет» и наоборот.

Для правильного согласования полярностей сигналов записи и считывания от разных полупериодов питающего напряжения в схеме применены диоды 35 — 38.

Датчик положения ротора может давать управляющие сигналы как для транзисторного, так и тиристорного варианта силового мостового коммутатора, так как выходная обмотка выдает однонаправленные импульсы, что упрощает цепи формирования управляющих сигналов ключами коммутатора.

При положении ключа реверса 41, изобы раженном на фиг. 1, положительный импульс тока от положительной полуволны напряжения питания является «записывающим», а отрицательный импульс тока является «считывающим». При изменении положения ключа на обратное, относительно положения, зд изображенного на фиг. l,положительный импульс тока от положительной полуволны напряжения питания будет «считывающим», а при противоположной полярности питающего напряжения «записывающим».

Включение диодов так, как показано на

3S фиг. 1, позволяет использовать для цепей

«записи» и «считывания» один источник питания и построить схему реверсивного варианта ДПР с числом чувствительных элементов,равным числу плеч мостовой схемы полу- 4О проводникового коммутатора, Формула изобретения

Реверсивный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции обмотки якоря которой соединены с выходом мостового инвертора, параметрический датчик положения ротора и ключ ревер= са, причем датчик содержит источник питания, сигнальный элемент с угловым размером активной части, равным 180 эл. градусов и чувствительные элементы, число которых равно числу секций и которые соединены с управляющими цепями ключей инвертора через функциональный преобразователь с числом выходных каналов, равным числу ключей инвертора, и выполненный с возможностью преобразования последовательности импульсов длительностью 180 эл. градусов, сдвинутых между собой на 120 эл.градусов, в две сдвинутые между собой на 180 эл.градусов последовательности импульсов длительностью 120 эл. градусов и сдвинутых в пределах каждои йоследовательности на"

120 эл. градусов и выполненный в виде двух групп схем «запрет», разрешающие входы которых связаны с чувствительными элементами своего канала, а запрещающие — с чувствительными элементами последующего канала причем чувствительные элементы имеют общую точку, отличающийся тем, что, с целью упрощения функционального преобразователя и инвертора, он снабжен дополнительно четырьмя диодами, каждая схема

«запрет» выполнена в виде феррит-диодной ячейки с обмоткой «записи», «запрета», «тактовой» и «выхода», источник питания выполнен в виде источника переменного напряжения, ключ реверса выполнен в виде синхронизированных между собой первого и второго двухполюсных переключателей, причем нормально разомкнутый контакт первого переключателя. объединен с нормально замкнутым контактом второго переключателя, общая точка чувствительных элементов связана с подвижным контактом первого переключателя, выходной зажим каждого чувствительного элемента связан с началом обмотки «запись» своего канала и через последовательно-встречно соединенные обмотки

«запрет» той же группы и обмотки «запрет» и «запись» другой группы — с первым зажимом источника питания, тактовые обмотки соединены между собой последовательно и подключены между нормально-замкнутым контактом первого переключателя и подвижным контактом второго переключателя, а источник питания соединен с ключом реверса через первый, второй, третий и четвертый диоды, причем первый и второй диоды, а также третий и четвертый соединены соответственно с первым и вторым за>кимами источника своими разноименными зажимами, катод первого и третьего диодов сосдинен с нормально замкнутым контактом пер— вого переключателя, анод второго соединен с нормально разомкнутым контактом второго переключателя, а анод чертвертого соединен с объединенным зажимом переключателей.

Источники информации, принятые во вни— мание при экспертизе

1. Патент США № 3783359, кл. 318 — 254, ! 973.

2. Патент Японии № 46 — 31692, кл. 55 А 42 1971.

И 3. Патент США № 3581702-, кл. 318 — 138,1М