SU1107143A1 - Индуктивный датчик положени ротора - Google Patents

Abstract

1. ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА, содержащий посто нный магнит, установленный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводом первой обмотки трансформатора питани , а вторые - соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторьм выводом первой обмотки трансформатора питани , выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпр мительного моста и коллектором nepiBoro транзистора,первьш вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой,а второй - с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпр мительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питани , второй вход выпр мительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дроссел  и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питани  и первым выводом резистора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  датчика, в него введены элемент задержки , второй и третий транзисторы, первый,второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дроссел  соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов и через второй диод - с базой третьего транзистора и первым выводом резистора, а эмиттеры второго и третьего транзисторов соеди (Л нены с шиной питани , выводы третьего диода соединеньЬ с соответствующими выводами четвертой обмотки согласующего трансформатора, коллекторы второго и третьего транзисторов  вл ютс  выходами индуктивного датчика. 2.Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что элемент задержки выполнен в виде дроссел  насыщени  с пр моугольной петлей гисте4 резиса. со 3.Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что элемеггт задержки выполнен в виде управл емого дроссел  на двух сердечниках с пр моугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, размещенные по отдельности па каждом сердечнике и соединенные между собой последовательно встречно, и общую дл  обоих сердечников обмотку управлени , подключенную к источнику питани .

Description

11

Изобретение относитс  к автоматическому управлению и может быть использовано дл  управлени  вентильными двигател ми.

Известен датчик положени  ротора фазовращатель, подключенный к генератору , квантующий генератор, фазовый инвертор, переключающие устройства, фазовращатель через первое и второе переключающие устройства подключен к усилителю-ограничителю, а квантующий генератор подключен к первому переключающему устройству непосредственно , а к второму - через фазовый инвертор Г1 .

Недостатком такого датчика  вл етс  невозможность получени  выходных сигналов с измен емой обратно пропорционально частоте вращени  ротора относительной длительностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  индуктивный датчик положени  ротора содержащий посто нный магнит, рас- положен{ ый на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы первые выводы которых соединены с первым выводом одной обмотки трансформатора питани , а вторые выводы соединены с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора , вторые выводы которгых со€эдинены с вторым выводом одной обмотки трансформатора питани , выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпр мительного моста и коллектором первого тразистора , первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой и первьм вьшодом первого резистора, а второй вывод с эмиттером первого транзистора, вторым выводом первого резистора и вторым выходом выпр мительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питани , а второй вход выпр мительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дроссел  и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питани  и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен со сглаживающим дросселем С21.

Недостатком известного датчика  вл етс  невозможность его приме32

нени  в системах, требующих регулировани  и стабилизацию скорости врап;ени  вентильных двигателей.

Цель изобретени  - расширение области применени  индуктивного датчика положени  ротора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в индуктивньш датчик положени  ротора, содержащий посто нный магнит, установленный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводом первой обмотки трансформатора питани , а вторые - соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом первой обмотки трансформатора питани , выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпр мительного моста и коллектором первого транзистора, первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой, а второй - с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпр мительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питани , а второй вход выпр мительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дроссел  и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питани  и первым выводом резистора, введены элемент задержки, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дроссел  соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами: второго и третьего транзисторов и через второй диод с базой третьего транзистора и первым выводом резистора, а эмиттеры второго и третьего транзисторов соединены с шиной питани , вьшоды ретьего диода соединены с соответствующими выводами четвертой обмоти согласующего трансформатора, кол екторы второго и третьего транисторов  вл ютс  выходами индуктивого датчика. 311 Элемент задержки выполнен в виде дроссел  насыщени  с пр моугольной петлей гистерезиса. Кроме того, элемент задержки выполнен в виде управл емого дроссел  на двух сердечниках с пр моугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, размещенные по отдельности на каждом сердечнике и соединение между собой последовательно встречно, и общую дл  обоих сердечников обмотку управлени , подключенную к источник питани . На фиг. 1 приведена электрическа схема индуктивного датчика положени ротора; на фиг.2 - временные диагра мы, по сн ющие принцип работы датчи ка; на фиг. 3 - индуктивный датчик положени  ротора с элементом задерж ки в виде дроссел  насыщени  с пр моугольной петлей гистерезиса; на фиг. 4 - то же, с элементом задержки в виде управл емого дроссел  на двух сердечниках; на фиг. 5 - механические характеристики вентильного двигател , управл емого датчиком. Индуктивный датчик положени  ротора содержит чувствительные элемен ты 1 и 2 (дроссели насыщени ), подключенные к первичным обмоткам согласующего трансформатора 3, транзистор 4, выпр мительный мост 5, диод 6, трансформатор 7 питани  с обмотками 8 и 9, конденсатор 10, сглаживающий дроссель 11, транзисторы 12 и 13, образующие коммутатор вентильного двигател , диоды 14 и 15, элемент 16 задержки, резистор 17, посто нный магнит 18. Элемент 16 задержки может быть выполнен либо в виде дроссел  насыщ ни , либо в виде управл емого дроссел  19 с рабочими обмотками 20 и 21 и обмоткой 22 управлени  и источ ника 23 питани . Индуктивный датчик положени  ротора работает следующим образом. При наличии напр жени  повышенно частоты на обмотках 8 и 9 трансформатора и при вращении вала датчика с угловой скоростью (SU посто нный магнит 18 поочередно намагничивает сердечники чувствительных элементов 1 и 2. В момент изменени  состо ний сердечников чувствительных элементов 1 и 2 происходит скачкообраз ное (релейное) изменение пол рности напр жени  Uq)на выходе .дроссел  11 ( фиг. 2,а, например, при иН- 0). С этого момента начинаетс  отсчет времени задержки tj (фиг. 2,сГ), в течение которого элемент 16 задержки пропускает очень малый ток, и оба транзистора 12 и 13 будут выключены. По окончании времени ti сопротивление элемента 16 задержки резко уменьшаетс , что ведет к скачкообразному увеличению тока Ьц в управл ющей цепи транзисторов 12 и 13 (ф;:г. 2J) . При этом один из транзисторов 12, 13 насыщаетс , а другой надежно запираетс  падением напр жени  на диоде 15,14, шунтирующем его база-эмиттерный переход. При ()t -3i происходит изменение пол рности напр жени  Uc на выходе дроссел  11 (фиг. 2,а) . С этого момента снова начинаетс  процесс формировани  времени задержки, в течение которого ток tn в управл ющей цепи очень мал, и транзисторы 12 и 13 снова оказываютс  запертыми (фиг. 2сГ, при и) ). В дальнейшем при вращении вала датчика описанные процессы будут повтор тьс . Относительную длительность импульсов тока i в нагрузке датчика можно определить из выражени  Т - 2t где Сц - длительность импульсов тока Т - период повторени  сигналов ДПР; tj- врем  задержки. Из выражени  (1) видно, что при увеличении угловой скорости и) вращени  вала датчика и при посто нном времени задержки будет уменьшатьс  относительна  длительность ь импульсов тока г-н в нагрузке датчика, т.е. 1 и Ой в предлагаемом датчике св заны обратно пропорциональной зависимостью. Транзисторы 12 и 13 используютс  дл  подачи напр жени  питани  на секции вентильного двигател  (не показаны), и описанное свойство датчика уменьщать относительную длительность импульсов обратно пропор- ционально частоте вращени  ротора будет вызьшать стабилизацию частоты вращени  двигател . Действительно, при увеличении частоты вращени  двигател ,например,из-за уменьшени  нагрузкн на его валу относительна  длительность сигналов датчика умень шитс . Это приведет к уменьшению относительного времени открыти  транзисторов 12 и 13, среднего тока и электромагнитного момента двигател  (фиг, 2,&). Частота вращени  двигател  начнет уменьшатьс  до значени , при котором наступит равенство электрома гнитного момента и момента сопротивлени  на его валу. При случайном уменьшении частоты вра щени  двигател  относительна  длительность сигналов датчика увеличитс , а значит увеличитс  средний ток и электромагнитный момент двигател  Его частота врап1ени  начнет возрастать до тех пор, пока не наступит равенство электромагнитного момента и момента сопротивлени  на валу. Элемент 16 задержки можно выполнить , например, в виде дроссел  насыщени  с пр моугольной петлей гисте резиса (фиг,3).. В момент изменени  пол рности напр жени  (например, при OOt 0) начинаетс  процесс перемагничивани  сердечника дроссел  элемента 16, Так как ток намагничивани  ненасыщенного дроссел  элемента 16 очень мал, то оба транзистора 12 и 13 будут выключены в течение всего времени йеремаг ничивани , определенного конструктив ными параметрами дроссел  элемента 1 По окончании процесса перемагничивани  дроссел  элемента 16 его индук тивность резко уменьшаетс , что ведет к скачкообразному увеличению тока ч-ц в управл ющей цепи транзисторо 12 и 13, и один из них открываетс , С момента начинаетс  процесс перемагничивани  сердечника дроссел  элемента 16 в обратном направлении по сравнению с предыдущим случаем. Ток it в управл ющей цепи транзистаров 12 и 13 снова резко уменьшаетс  и они запираютс . Далее при вращении вала датчика процессы повтор ютс Дл  изменени  крутизны зависимости относительной длительности импуль сов от частоты вращени  ротора элемент 16 задержки можно выполнить управл емым , например, в виде управл е мого дроссел  19 на двух сердечниках ( 4;иг, 4) . При отсутствии тока подмагничивани  в обмотке 22 управлени  дросс л  19 процесс формировани  времени задержки tj, аналогичен случаю с элементом 16 задержки в виде неуправ л емого дроссел . При этом оба сердечника дроссел  19 перемагничиваютс  одновременно и врем  задержки tj равно времени перемагничивани  сердечников . При протекании тока подмагничивани  по обмотке 22 управлени  в ка сдый полупериод напр жени  Ucp первым насыщаетс  сердечник дроссел  19, в котором магнитные потоки, создаваемые рабочей обмоткой и обмоткой управлени , совпадают. Индуктивное сопротивление его резко падает. Так как второй сердечник в этот момент еще не насыщен, то напр жение UCD прикладываетс  к его рабочей обмотке. Поэтому, хот  второй сердечник еще не достиг насыщени , эквивалентное сопротивление его рабочей обмотки 20 или 21 оказываетс  очень малым, и напр жение (Jcp практически полностью подаетс  на вход транзистора 12 или 13. Так как рабочие обмотки 20 и 21 дроссел  19 соединены между собой встречно, то в следующий полупериод процессы протекают аналогично , отличие состоит лишь в том, что сердечники мен ютс  рол ми. Врем  Ьз, в этом случае определ етс , кроме конструктивных параметров дроссел  19, величиной тока подмагничивани  в обмотке 22 управлени , так как от величины посто нного тока в этой обмотке завис т пределы изменени  индукции в сердечниках, а следовательно, и врем  их перемагничивани . Таким образом, врем  задержки tj можно регулировать путем изменени  тока подмагничивани  в обмотке 22 управлени  дроссел . Это обеспечивает простое изменение & широких пределах уровней стабилизированных частот вращени  ротора вентильного двигател , управл емого предлагаемым датчиком. Экспериментально сн тые механические характеристики вентильного двигател , управл емого предлагаемым датчиком , приведены на фиг. 5. Таким образом, изобретение позвол ет расширить область применени  индуктивного датчика по сравнению с известными датчиками, поскольку данный датчик может быть использован в системах, требующих регулировани  и/или стабилизации скорости вращени  вентильных двигателей.

2 I/J

Кч Jf

Фиг.

О

t,

41

-

2К

Jjfut

Фиг.2 / Фиг.З 12 ph f rs

Л,

off/мин 7000

6000

5000

tffOO

2000

то

50

100 150

подм ЦОмА

Естестб. х-ка

.1подм.2иЛ

«

поЗм гвм

200

250 300 М. ГСМ Фиг.5

Claims (3)

1. ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА, содержащий постоянный магнит, установленный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводом первой обмотки трансформатора питания, а вторые - соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторьм выводом первой обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямительного моста и коллектором первого транзистора,первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой,а второй - с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпрямительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, второй вход выпрямительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питания и первым выводом резистора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения датчика, в него введены элемент задержки, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дросселя соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов и через второй диод - с базой третьего транзистора и первым q выводом резистора, а эмиттеры вто- ® рого и третьего транзисторов соединены с шиной питания, выводы третьего диода соединены с соответствующими выводами четвертой обмотки согласующего трансформатора, коллекторы второго и третьего транзисторов являются выходами индуктивного датчика.

2. Датчик поп. 1, отличающийся тем, что элемент задержки выполнен в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса.

3. Датчик поп. 1, отличающийся тем, что элемент задержки выполнен в виде управляемого дросселя на двух сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, размещенные по отдельности на каждом сердечнике и соединенные между собой последовательно встречно, и общую для обоих сердечников обмотку управления, подключенную к источнику питания.

SUn. 1107143 f