Датчик положения ротора вентильного электродвигателя

аю о СОКИ СОВЕТСКИХШЛйСН .РЕСПУВЛ 4 Н А Н 02 К 29 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НО ПО ДЕЛАЮ ИЭОБРЕТЕН ИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нйх к О(.56) 1. Патент Великобритании В 1115523,.кл. Н 02 А 1968.2. Авторское свидетельство СССР В 425275, кл. Н.О 2 К 29/02, 19713. Авторское свидетельство СССР В 605291, кл. Н 02 К 29/ОН, 1975. (54).(57). 1, ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащий два конденсатора постоянной емкости с подвижными и неподвижными обкладками, конденсатор переменной емкости,.подвижнне обкладки которо-. го объединены в расположенные со сдвигом на Фиксированный угол первую и вторую освоение секции по р Смещенных на угол 2 р обкладок В каждой, а неподвижные обкладки составляют группу из щ секций, связанаждая с одним из зажимовнагрузки и расположенных с равномерным сдвигом, каждая секция состоит из р смещенных на угол 2 Щр обкладок, два регулируемых источника питания, один из зажимов каждого из которых подключен. через конденсатор постояв. вой емкости к одной из подвижных секций конденсатора переменной емкости, о.т л и ч а ю щ и й с я .тем, что, с целью расюирения области применения, он снабжен двумя конденсаторами постоянной емкости, конденсатор переменной емкости снабжен первой и второй дополнительными подвижными секциями, аналогичными основньж, а каждая дойолвительвая секция расположена со сдвигом на угол Жротносительно одной из основных секций и связана через один из конденсаторов постоянной емкости с вторым зажимом источника питания, первый зажим которого подключен к этой основной секции, где щ - число фаэ электродвигателя.1023563 2. Датчик по и. 1, о т л и ч,а ю щ и й с я тем, что конденсатор переменной емкости снабжен второй группой дополнительных щ 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 подвижнойобкладкой конденсатора постояннойемкости, неподвижные обкладки соединены с одним из зажимов нагрузки,вторые зажимы нагрузки объединеныи соединены с зажимом источника питания, второй зажим которого соединен с неподвижной обкладкой конденсатора постоянной емкости 11.Недостатком такого датчика положения ротора является невозможностьизменения фазы огибающей сигналовна нагрузке, которое необходима длярегулирования угла опережения включения секций вентильного электродвигателя,Известен датчик положения роторатрансформаторного типа, представляющий собой бесконтактный аналогэлектрической машины с двухфазнойобмоткой на роторе и многофазной обмоткой на статоре. Секции двухфазной обмотки подключены к раздельнорегулируемым источникам питания повышенной частоты, а секции,многофазной обмотки - к нагрузке, напримерк фазочувствительной схеме, располо"женной в управляющих цепях ключейпреобразователя частоты вентильно-го электродвигателя. Этот датчик положения ротора позволяет изменятьугол опережения включения в любыхпределах и может применяться в вен"тильных электродвигателях различныхтипов 2. относительно первой группы на угол 7 Г/р .3, Датчик по п. 2, о т л и ч а - ю щ и й с я 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 инамоточные работы.Наиболее близким к предлагаемомуявляется датчик положения ротора 10 вентильного электродвигателя, содержащий конденсаторы постояннойемкости с подвижными и неподвижнымиобкладками, конденсатор переменнойемкости с группами секций подвижных и неподвижных обкладок, установленных с фиксированным сдвигом, идварегулируемых источника питания,один из зажимов каждого из источников питания соединен с неподвижнойобкладкой одного из конденсаторовпостоянной емкости, неподвижные обкладки каждого из конденсаторов постоянной емкости соединены с однойиз секций подвижных обкладок, а каждая секция неподвижных обкладок со единена с одним .из зажимов нагрузки,Этот датчик положения ротора позволяет в некоторых пределах менять фазу выходного сигнала и регулироватьтем самым угол опережения 3.30 Недостатки известного датчика состоят в невозможности его применения в ряде устройств из-за искажения формы выходного сигнала, невозможности получения многофазной симЗ 5 метричной системы выходных сигналов,невозможности реверса вентильногоэлектродвигателя, малого диапазонаизменения фазы выходного сигнала датчика положения ротора.Цель изобретения - расширениеобласти применения, функциональныхвозможностей, создание датчика положения ротора соединяющего в себедостоинства трансформаторных датчиков, возможность регулирования фазы 45 выходного сигнала, с достоинствамиемкостных датчиков - высокой технологичностью.Поставленная цель достигаетсятем, что датчик положения ротора, 50 вентильного электродвигателя, содержащий два конденсатора постоянной емкости с подвижными и неподвижными 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 2 Ж/р обкладок 5 в каждой, а неподвижные обкладки составляют группу из а секций, связанных каждая с одним из зажимов нагрузки и расположенных с равномерным сдвигом, каждая секция состоит 10 из Р смещенных на угол 237 р 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 2 О . каждая дополнительная секция расположена со сдвигом на угол Я/р относительно одной из основных секций и связана через один из конденсаторов постоянной емкости со вторым25 зажимом источника питания, первый зажим которого подключен к этой основной секции, где а - число фаз электродвигателя.Конденсатор переменной емкости 30 может быть снабжен второй группой дополнительных а секций неподвижных обкладок, аналогичных основным и расположенных со сдвигом относитель. но первой группы на угол 4/Р . 35Секции 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 датчика положения ротора с аксиальным :воздушным зазором; на,фиг. 4 - активная поверхность неподвижной час ти конденсатора переменной емкости," на фиг, 5 - активная поверхность подвижной части конденсатора переменной емкости, на Фиг. 6 - активные поверхности конденсаторов постоянной щ емкости.Датчик положения ротора содержит четыре конденсатора 1-4 постоянной емкости, конденсатор 5 переменной емкости и источники 6 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 6 питания. С дру-. 6 О 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 , 5 секциями 16 и 17 конденсатора 5 переменной емкости, образующими первуюгруппу. Подвижные секции 18 и 19,образующие вторую группу, соединенысоответственно с подвижными обкладками 14 и 15 конденсаторов 3 и 4постоянной емкости, неподвижные обкладки 10 и 11 которых соединенысоответственно с зажимами второгорегулируемого источника 7 питания.Конденсатор 5 переменной емкостисодержит неподвижные секции 20, 21и 22 (фиг. 1). В случае, если секциивторой группы электрически соединенымежду собой конденсатор 5 содержитгруппу секций 23, 24 и 25. Зажимы26, 27 и 28 нагрузки соединены ссекциями первой группыЧисло подвижных обкладок конденсатора переменной емкости в секцииравно числу р пар полюсов двигателя,в котором датчик может быть использован, число секций в два раза больше числа групп.Угловой сдвиг между одноименнымиподвижными обкладками разных секцийконденсатора переменной емкостиравен 180 эл.град,угловой сдвиг между подвижнымисекциями одной группы конденсаторапеременной емкости равен 180 град.и, следовательно, всегда кратен180 эл.град.Угловой сдвиг между группами секций, соединенных через конденсаторыпостоянной емкости с разными источниками питания, равен 90 эл.град.Число неподвижных обкладок конденсатора переменной емкости в груп"пе равно числу а фаз вентильногоэлектродвигателя, в котором датчик .может быть использован, число обкладок в секции равно либо числу парполюсов вентильного электродвигателя, либо числу полюсов.Угловой сдвиг между одноименнымиобкладками, относящимися к различнымсекциям, равенЩмиград.Для датчика Фиг. 1-6) Р = 1,а = 3, т.е. секция состоит из одной .:обкладки. Приведенные соотношениячисел подвижных обкладок конденсатора переменной емкости и чисел парполюсов справедливы, если ротордатчика положения ротора ( фиг. 3,)соединен непосредственно с роторомвентильного электродвигателя.Если же они соединены через какойлибо функциональный преобразователь(нанример, через редуктор), числообкладок должно быть изменено в соответствии с передаточным отношением редуктора.Равным образом, при соединениисекций 20-25 с управляющими цепямиключей преобразователя частоты вентильного электродвигателя через какой-либо функциональиый преобразователь (например, через трансформаторный фазорасщепитель) в соответствии с его передаточной функцией должно быть изменено число секций и число обкладок в секции конденсатора 5 переменной емкостиНа Фиг. 3 изображен датчик поло 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 денсаторов переменной емкости, рас.положены между неподвижными пластинами, на одной из которых расположены ,неподвижные обкладки 20-22 конденсатора переменной емкости, а на другой неподвижные обкладки 8-11 конденсаторов постоянной емкости.Обкладки конденсатора переменной емкости могут быть профилировайы по какому-либо закону, например синусоидальному.20На практике могут найти йрименение датчики положения ротора с радиальным воздушным зазором с конденсаторами цилиндрической формы н датчики положения ротора, у которых . 25 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 образомНапряжение 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 нусоидальную функцию угла поворота ротора датчика положения ротора. Через каждые 180 эл,град, Фаза напряжения высокой частотц инвертируется. 50Моменты инвертирования фазы напряжения высокой частоты возникающие между другими секциями, например между секциями 21 и 22, смещены относительно моментов инвертирования Фазы напряжения соседних секций на угол ИЯЛИ.Таким образом, на зажимах 26, 27 и 28 нагрузки в 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 7питания моменты инвертирования фазысмещены на угол, равный угловомусдвигу между секциями подвижныхобкладок 16,17 и 18,19 конденсаторапеременной 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 высокойчастоты, т.е. регулировать Фазы выходного сигнала датчика положенияротора, частота которого равна частоте вращения вентильного электродвигателя, не меняя Формы огибающейвысокочастотного сигнала.В данном датчике положения ротора, как и в трансформаторных датчиках, регулирование фазы выходногосигнала может быть осуществлено влюбых пределах при сохранении симметрии между всеми сигналами и сохранении синусоидальной формы огибающей,По сравнению с трансформаторнымидатчиками максимально упрощаетсятехнология изготовления датчика, апо 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 15-20 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 исполь. зованием данного датчика положения ротора наиболее прОста, содержит наименьшее количество элементов.маров А едакто орр ко Зак или ППП "Патентф, г. Уагород, ул. Проектнаи, 4 233/45 ВНИИПИ Г по д 113035Тираз сударствеи лам изобре осква, Ж687 ого еиий РаПсаписноомитета СССРи открытийушская иаб д. 4/5