Датчик положения для управления вентильным электродвигателем

Оп ИСАНИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г Союз СоветскихСоциалистицМааРеслублик п 11663035(61) Дополнительное к авт, свид-ву -(22) Заявлено 08,08.74 (21) 2053438/24-0 М. К 2 К 29/О 8 С 9/04 с присоединением заявкиГесударстеенный кемнте СССР пе делам изобретений н еткрытийта опубликования описания 19.05.79 2) Авторы изобретени(54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ Изобретение относится к устройствам,предназначенным для контроля положенияперемещающегося, например вращающегосяобъекта, 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 якоряи установленными с фиксированным угловым сдвигом индукторами, обмотки которыхподключены к раздельно регулируемым источникам 11). Этот датчик обладает широкими функциональными возможностями, вчастности позволяет регулировать фазу выходного сигнала. Основной недостаток егозаключается в сложности изготовления, таккак его магнитопровод должен быть изготовлен из ферритов или магнитодиэлектриков.Наиболее близкимнической сущноститатам является датчравления вентильнымдержащий ротор сми и статор с комп к изобретению по техи достигаемым резульик положения для упэлектродвигателем, сосигнальными элементалектом чувствительных элементов, размещенных с шагом, равным 2 я/гп, 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 расширениефункциональных возможностей датчика при сохранении простоты его конструкции и тех- О 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 фик- О сированный угол чувствительных элементов,принадлежащих разным комплектам, соединены между собой последовательно.В качестве чувствительных элементов могут быть использовань 1 датчики ЭДС Холла,ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Ы АВТОРСКОМУ СВИДВТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицесаа Республик(22) Заявлено 21.10.75 (21) 2183205/24-07 нением заявкиисо рственный комитетСССРелам иэооретеннйн открытий(71) Заявитель 4) РЕВЕРСИВНЫИ ВЕНТИЛЬНЪЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ких элеменентах ИЛИ Изобретение относится к области электрических машин и может быть использовано при создании управляемых вентильных двигателей.Известны управляемые реверсивные вентильные электродвигатели, секции обмотки 5 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 врао 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 Я чувствительных элементов (где 8 - число ветвей мостового коммутатора, равное числу секций двигателя). Выходы ДПР таких двигателей соединены со входами логической схемы, содержащей 28 эле 2 о ментов запрет. При реверсивном вариан- те двигателя число элементов запрет удваивается, схема содержит 12 схем запрет,реализованных на трех логичестах НЕ, шести логических элеми 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-диод. ной 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 по663036 3следовательно-встречно соединенные обмотки запрет той же груйпы и обмотки запрет и запись другой группы - с первым зажимом источника питания, тактовыеобмотки 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 зажимами источника своими разноименными зажимами, катод первого и третьего диодовсоединен 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 направлений вращения.На фиг, 1 представлены чувствительные элементы 1, 2, 3 ДПР, сигнальный элемент 4 ДПР, сердечники 5 феррит-диодных ячеек, обмотки запись 6 в 11, обмотки запрет 12 в 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 неподвижныеконтакты 34 первого и второго переключателей, лиолы 35 - 38, зажимы 39 40 источника питания, ключ .41 реверса, феррит-диодные ячейки 4247, а,в стоки в обмотках запись, а, в, с - гоки в обмотках запрет, с - токи в тактовых обмотках.П итанне ДП Р осуществляетсяот источ ш,ка переменного тока через диоды, вкгпочснныс определенным образом, при этом трансформаторные ферро-диолные элементы запрет кроме функцииэлектрического разлсления 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-лиодный вариант логического элемента запрет трансформаторного типа имеет четыре обмотки: обмотку запись, обмотку запрет, тактовую обмотку и выходную обмоткуПринцип работы феррит-диодного элемента запрет основан на сложении намагничиваюших сил от двух встречно-направленных токов, протекающих одновременно по 4 двум одинаковым обмоткам и компенсирую ших взаимное влияние друг друга.Так, например, при протекании тока какв 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 1 е обмотке в этом случае, т.е, при действиисигнала 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 1 в состояние единица, а тактовый иМпульстока, следующий за импульсом тока записи. 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 заза пись 6 и обмотку запрет 14. Если, кромечувствительного 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 серлечников, в которых есть токи в И 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 полезный сигнал ав и ас.На остальных сердечниках сигнала не возникает, так как изменение магнитного состо 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 лва чувствительных элементанапример 1 и 3, то импульсы поступают одновременно в обе ветви 6 и 8.При олновременном 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 14 или 17, т.е. в сердечниках 43, 45, и толь6630365ко в двух сердечниках 42 и 46 происходитперемагничивание из исходного нулевогосостояния в состояние единица, Тактовыйимпульс, проходящий по обмоткам д, 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. 1, При другом положенииключа реверса контакт 31 соединен с контактом 33, контакт 30 - с контактом 34, 1 опринцип работы ДПР остается тем же, только обмотки меняют свои функции: обмотказапись выполняет функцию запрет и наоборот.15Для правильного согласования полярностей сигналов записи и считывания от разныхполупериодов питающего напряжения в схеме применены диоды 35 - 38,Датчик положения ротора может даватьуправляющие сигналы как для транзисторного, так и тиристорного варианта силового 2 омостового коммутатора, так как выходнаяобмотка выдает однонаправленные импульсы, что упрощает цепи формирования управляющих сигналов ключами коммутатора.При положении ключа реверса 41, изоб 25раженном на фиг, 1, положительный импульстока от положительной полуволны напряжения питания является записывающим, аотрицательный импульс тока является считывающим. При изменении положения ключа на обратное, относительно положения, здизображенного на фиг. 1,положительный импульс тока от положительной полуволны напряжения питания будет считывающим, апри противоположной полярности питающего напряжения записывающим.Включение диодов так, как показано нафиг. 1, позволяет использовать для цепейзаписи и считывания один источник питания и построить схему реверсивного варианта ДПР с числом чувствительных элементов,равным числу плеч мостовой схемы полу Опроводникового коммутатора,Формула изобретения Реверсивный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, секции обмотки якоря которой соединены с выходом мостового инвертора, параметрический датчик положения ротора и ключ реверса, 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 числуключей инвертора, и выполненный с возможностью преобразования последовательностиимпульсов 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 впределах каждои йоследовательности- на"120 эл. градусов и выполненный в виде двухгрупп схем запрет, разрешающие входыкоторых связаны с чувствительными элементами своего канала, а запрещающие - счувствительными элементами последующегоканала причем чувствительные элементычимеют общую точку, отличающийся тем, что,с целью упрощения функционального преобразователя и инвертора, он снабжен дополнительно четырьмя диодами, каждая схемазапрет выполнена в виде феррит-диоднойячейки 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, причемнормально 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 й через последовательно-встречно соединенные обмоткизапрет той же группы и обмотки запрети 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 соединенысоответственно с первым и вторым закимами источника своими разноименными зажимами, катод первого и третьего диодов сосдинен с нормально замкнутым контактом пер -вого переключателя, анод второго соединенс нормально разомкнутым контактом второго переключателя, а анод чертвертого соединен с объединенным зажимом переключателей.Источники информации, принятые во вни -мание при экспертизе1. Патент США3783359, кл. 318 в 2,973.2. Патент Японии46 - 31692,кл. 55 А 42, 1971. 55 3. Патент США3581702., кл. 3 8 - 138,1 ЭИ