Трансформаторный датчик положения ротора вентильного электродвигателя

966 ОПИСА ИЗОБРЕТ Союз Советских Социапистичгйих РеспубликТОРСКОМУ СВ олнительное к авт, св 22) Заявлено 21.05.7 К 29/02С 9/041 соединением заявки Гасударствеииый комитет 3) Приоритет бликовано 30,09.79, Вта опубликования опи) Авторы изобретения В. А. ОВ Балагур, Ю, И. Кирьянов, В, К, Лозенко, И. Н,и А, М. СанталовМосковский ордена Ленина энергетический инстит елехо 1) Заявитель) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОР ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯИзобрстсие относи.ся к области автоматического контроля положения вращающегося обьекта, например ротора вентиль- ного двигателя. Оно может применяться для регулирования в широких пределах частоты вращения, ее стабилизации и оптимального управлсния вентильного двигателя. Возможны и иные области применепия, например в системах зажигания двига-,елей внутреннего сгорания. ОИзвестно устройство, в котором осуществляется регулирование частоты вращения вентильного двигателя с инвертором, управлясмым суммарным сигналом датчика Слежения ротора и тахометрческого устро.".ства. В процессе работы двигателя изменяется фазовый сдвиг суммарного сигнала 1.1 Одостаток устройства заключается в консруктивой сложности из-за наличия техОкетрСскоО устройстваВ узости частной решаскОй задачи управления. Данное устройство не имеет входной управляющей цепи и потому не может быть использовано для целей регулирования, стабилизации частоты вращения, реверса и управления электродвигателем по различным критериям оптимальности.Известно также устройство для регулирования фазового сдвига выходных сигна лов датчика положения ротора с помощью фазорегулятора на активно-реактивных элементах 2. Недостатками известного устройства являются невозможность регулирования фазового сдвига сигнала в ооласти низких частот вращения и конструктивная сложность из-за наличия регулируемых фильтров.Наиболее близким решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является трансформаторный датчик положения с регулированием фазы выходных сигналов, содержащий размешеные на якорях двух магнитнонесвязанных синхронных машин и подключенные к источнику питания две раздельно регулируемые первичные обмотки и общую многофазную вторичную обмотку 3.В указанном датчике обеспечивается управление многофазным инвертором при сохранении постоянного числа токоподводов и применение простейшего функционального преобразователя - трансформатора, Так, например, для управления двумя мостовыми инверторами, соединенными с сдвинутыми на 30 эл. град. трехфазными системами обмоток якоря, достаточно соединить вторичные обмотки согласующих трансформаторов соответственно в звезду и треугольник, С помощью подобной же схемы легкополучить систему, эквивалентную 24-х фазной.При использовании датчика такого т.шаточность систсмы регулирования фазы управляющего сигнала не зависит от частогывращения. Устройство управления сохраняет все достоинства одноканальной системырегулирования многофазного сигнала, имеяперед известными системами то преимущество, что сохраняется жесткая связь каждого канала с источником управления во всехрежимах работы системы, в том числе припуске,Использование в качестве функциональных преобразователей трансформаторов иприменение простых регулирующих устройств предполагает синусоидальную форму огибающей выходного напряжения датчика, что требует соответствующего распределения и укорочения обмотки и, следовательно, большого числа пазов на полюс ифазу д (обмотки с дробным о не применимы из-за наличия низкочастотной гармонической составляющей ЭДС). Выполнениемагнитной системы с большим О (с большим числом пазов) технологически затруднительно при ограниченном диаметре расточки статора датчика, что является его недостатком.Разрешающая способность таких датчиков находится в прямой зависимости от соотношения частоты вращения двигателя ичастоты питания датчика и должна превышать частоту вращения двигателя нс мснсечем на два порядка. Для современных высокоскоростных двигателей частота питаниядатчика должна составит не менее 50 кГц,Такая высокая частота питания требуетприменения соответствующих магнитопроводов. Наиболее подходящими оказываются ферриты из-за их высокой магнитнойпроницаемости и малых удельных потерьмощности на перемагничивание. Для обеспечения работоспособности трансформаторного датчика магнитные индукторы должныбыть выполнены профилированными. Известно, что механическая обработка ферритовсложной формы затруднительна, Недостатком высокочастотного трансформаторногодатчика положения на ферритах являетсяего конструктивная сложность и как следствие, трудоемкость и высокий процент брака при его изготовлении.Целью изобретения является упрощениеконструкции и технологии изготовлениядатчика,Поставленная цель достигается тем, чтодатчик снабжен электропроводящими пластинами, число которых равно удвоенномучислу полюсов электродвигателя, расположенными между якорем и индукторамп,магнитопроводы которых выполнены тороидальными, а угловой сдвиг между пластинами в пределах одной машины равен ееполюсному делению,1 О 1 б 20 25 ЗО ). 1 О 1 б эО ОО 65 Кроме того, обмотка якоря выполнена с секциями, охватывающими магнптопровод якоря, который может быть выполнен в виде одной детали и снабжен кольцевой корот 1(озамкнутой 1 обмоткой, расположенной между кольцевыми первичными обмот 1(амп. Магнитопровод якоря может быть выполнен в виде цилиндра с расположенными на его противоположных сторонах, обращснных к индукторам, первичными обмотками.Электропроводящие пластины могут быть установлены с возможностью вращения относительно неподвижно закрепленных магнитопроводов индукторов.На фиг. 1 показана активная часть трансформаторного датчика; на фиг, 2 - расположение электропроводящих секторов на поверхностях индукторов датчика, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3 - активная часть трансформаторного датчика обращенной конструкции; на фиг. 4 - то же с коаксиальным расположением первичных обмоток и индукторов; на фиг. 5 - то же с аксиальным зазором; на фиг. 6 - то же с общими магнитопроводами якорей и индукторов; на фиг. 7 - то же с неподвижными индукторами и вращающимися электропроводящими секторами. Трансформаторный датчик (фиг. 1) содержит две идентичные синхронные машнсодер 1(ащис кольцевые первичныс мотки 1 и 2, расположснныс, например, в кольцевых канавках магнптопроводов якорей 3 и 4. Торопдальная многофазная вторичная (якорная) обмотка 5 выполнена общей для обеих машин, что исключает влияние неравенства чисел витков вторичных обмоток отдельных машин, Индукторы 6 и 7 представляют собой ферритовые тороидальные сердечники, па которые нанесены каким-либо способом обращснныс к воздушному зазору электропроводящие секторы 8 и 9. Магнитопроводы индуктора и якоря разделены немагнитными прокладками соответственно 10 и 11.На фиг, 2 представлено расположение электропроводящих секторов на поверхности индукторов для датчика с числом пар полюсов, равным двум. Электропроводящие секторы 8 и 9 условно заштрихованы.Каждый сектор 8 и 9 должен иметь минимум один разрез 12 и 13 в аксиальном направлении. Геометрия секторов 8 и 9 одинакова, но секторы смещены па 90 эл. град.Более удачна для двигателей с высокой частотой вращения конструкция, приведенная на фиг. 3, Здесь индукторы 6 и 7 выполнены внешними, заключены в прочную металлическую трубу 14, а секторы 8 и 9 расположены на внутренних поверхностях индукторов и, следовательно, не испытывают отрывающих напряжений,Коаксиальное расположение первичных обмоток и пндукторов 6 и 7 трансформатор 6889665 10 15 ного датчика, изображенного на фиг. 4, позволяет сократить аксиальные размеры.На фиг. 5 изображен датчик торцового исполнения с аксиальным зазором, Якори 3 и 4 и индукторы б и 7 выполнены на общих магнитопроводах. Между кольцевыми первичными обмотками 1 и 2 установлена кольцевая короткозамкнутая обмотка 15. В данной конструкции это короткозамкнутый виток, напыленный на поверхности магнитопровода индукторов.Короткоз ам кнута я обмотка 15 может быть размещена также и на магнитопроводе якорей 3 и 4, например, в кольцевой канавке (фиг. 6). В этой конструкции она также долкна быть установлена между кольцевыми первичными обмотками 1 и 2. Один из вариантов трансформаторного датчика с минимальной инерционностью представлен на фиг. 7, В этой конструкции индукторы неподвижно закреплены, а электропроводящис секторы 8 и 9 механически связаны и установлены с возможностью вращения мекду поверхностями якорей и индукторов.Трансформаторный датчик работает следующим образом,При обесточенной первичной обмотке 2 магнитный поток, созданный переменным током первичной обмотки 1, наводит ЭДС во вторичной обмоткс 5 с частотой протекающего тока. Чередование экранированных электропроводящ 1:ми секторами участков индуктора и неэкранированных аналогично чередованию пазов и зубцов в индукторной синхронной машине, Поэтому амплитуда ЭДС вторичной обмотки модули- рована по величине в соответствии с положением индуктора, а при каждом повороте индуктора на 180 э. град. фаза ЭДС инвертирустся, что служит сигналом о положении ротора двигателя, с которым датчик связан механически. Отношение ширины зубца (неэкранированого участка) к ширине паза (экранированного участка), с точки зрения обеспечения требуемой формы кривой поля в воздушном зазоре, выбирается в первом приближении по тем же правилам, что и в индукторных машина. Если теперь к источнику переменного тока подключить первичную обмотку 2 и установить в нсй ток, равный току в обмотке 1, то в силу идентичности физических процессов, происходящих во второй синхронной машине датчика, и поскольку ее магнитная система (электропроводящ 1 е секторы) смещена относительно первой па 90 эл. град, моменты инвертирования фазы ЭДС вторичной оомотки будут происходить при други положениях ротора двигателя, а именно будут смещены на 45 эл, град. относительно тс положений, при которых происходило инвертирование фазы ЭДС при отключенной обмотке 2,20 :30 35 И) -15 50 55 60 65 Регулируя величины токов в первичных обмотках 1 и 2, мож.о в широких пределах регулировать угловыс моменты инвертирования фазы ЭДС, т. е. фазу выходного сигнала от 0 до 360 эл. град.Нормальная работа трансформаторного датчика обеспечивается прп магнитной раз. вязке синхроннымашин. В конструкциях датчиков, пзображеннына фпг. 1 и 3, это обеспечивается немагнитными прокладками 10 и 11, в конструкцияизображеннына фиг, 4 и 7 - размещением индукторов на немагнитной трубе, в датчика изображенных на фиг, 5 и 6 - установкой коротко- замкнутой обмотки 15 между первичными обмотками 1 и 2. Короткозамкпутая обмотка 15 локализует электромапштныс поля первичных обмоток 1 и 2, создавая эффект магнитной развязки.Использование изобретения позволяет изготовлять магнитопроводы из ферритов при использовании только хорошо освоенны операций шлифовки цилиндрическиповерхностей тороидальных сердечников, Максимально упрощаются намоточныс работы, которые могут быть автоматпзпрованы. Формула изобретения1. Трансформаторный датчик положения ротора вентильного электродвигателя, содержащий две сшхронные машины с магнитопроводом якоря, несущим кольцевые первичные обмотки, подключенные к раздельно регулируемым источникам напряжения, общей обмоткои якоря и индукторамп, установленными с фиксированным угловым смещением, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения тенологичности, датчик снабжен электропроводящимп пластинами, число которых равно удвоенному числу полюсов электродвигателя, расположенньпи между якорем и пндукторами, магнптопроводы которых выполнены тороидальными, а угловой сдвиг между пластинами в пределаодной машины равен ее полюсному делению,2, Датчик по п. 1, отлпча 1 ощпйся тем, что обмотка якоря выполнена с секциями, охватывающими магнптопровод якоря и обе первичные обмотки.3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что магнитопровод якоря выполнен в виде одной детали и снабжен кольцевой короткозамкнуТО 1 Оомоткой, расположе 1 пОЙ между кольцевыми первичными обмотками,4. Датчик по пп, 1 и 2, отлич ающийся тем, что магнитопровод якоря выполнен ввиде цилиндра с расположенными на его противоположнысторона, обращенных к пндукторам, первичными обмотками.5. Датчик по и. 1, отл пч а ющийся тем, что электропроводящие пластины установлены с возможностью вращения относительно неподвижно закрепленных магнитопроводов индукторов.688966 7 з ю Фиг,а иа г,Ф г.7 иг.Г Подписное ПО Поиск аказ 224/13 Изд. ЛЪ 55 ираж 8 о ипография, пр. Сапунова,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство ССС 1272984, кл. Н 02 К 29/02, 1969. 2. Патент США М 3377535, кл. 318-138,1963, 3. Авторское свидетельство СССР425276, кл. Н 02 К 29,02, 1971,