SU1458946A1 - Датчик положени ротора электрической машины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электро- и может быть использовано в вентильном электроприводе, системах управлени  элек-ррических машин, в вентильных двигател х и асинхрони- зированных синхронных машинах. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей. В датчике используетс  выключатель 4 в цепи возбуждени  машины. Введены генератор 7 высокой частоты, источник 8 опорного напр жени , одновибратор 9 . и выключатель 10 сброса. В каждз о фазу уведены полосовой фильтр 11, амплитудный демодул тор 12 тока, управл емый компаратор 13, компаратор 14, триггер 15 и элемент совпадени  И 16. В каждой фазе статорной обмот- KW пропускаетс  измерительный ток высокой частоты, который модулируетс  до амплитуде полюсной системой машины. Из этого тока надел ютс  модулирующие сигналы, которые преобразуютс  в. выходные сигналы датчика положени  ротора. Датчик приводитс  в исходное положение соответствующее исходному положению ротора в момент включени , сигналом, наведенным в статорной оймотке, в момент включени  возбуждени . 4 ил. с $ (Л ел 00 со 4 О tpuSi

Description

Изобретение -относитс  к электротехнике и может быть использовано в вентильном электроприводе, системах управлени  электрических машин, в вентильных двигател х и асинхрони- зированных синхронных „мапмнах.

Целью изобретени   вл етс  расширение функ,циональных возможностей датчика положени  ротора.

На фиг.1 приведена электрическа - структурна  схема датчика положени  ротора электрической машины; на фиг.2 - временные диаграммы напр жен НИИ и токов в его узлах на фиг.З - временные диаграммы, по сн ющие, работу определител  начального положени  ротора на фиг.4 - принципиальна  электрическа  схема датчика.

В..качестве электрической машины рассматриваетс  синхронный двигатель с бесщеточной системой возбуждени . Машина содержит синхронный двигатель с обмоткой 1  кор , обмоткой 2 индуктора и асинхронный возбудитель, уста- новленный на валу машины (фиг.1). Обмотка  кор  двигател  соединена с источником переменного тока регулируемой частоты и напр жени , например с тиристорным преобразователем час- тоты. Фазы обмотки и источника обозначены А, В, С. Асинхронный возбудитель содержит статорную обмотку 3 возбуждени , котора  соединена с источником переменного тока с напр же- нием Ug через выключатель 4 с нормально открытыми контактами, и роторную обмотку 5  кор , котора  соединена с роторной обмоткой 2 индуктора двигател  через ..выпр митель 6, уста- новленный на роторе машины. Датчик положени  ротора содержит выклюнател 4 в цепи обмотки возбуждени  .возбудител , генератор 7 высокой частоты, ИСТОЧНИК 8 опорного напр жени , одно вибратор 9, выключатель 10 сброса, а также в каждой фазе полосовой . фильтр 11, амплитудный демодул тор 12 тока, управл емый компаратор 13, ком паратрр 14, триггер 15 и -элемент COB падени  И 16.

На временных диаграммах фиг.2 изображены: Ur - измерительное напр жение высокой частоты, приложенное к обмотке статора; sin j - угловое положение ротора, изображенное синусоидальной функцией угла между осью полюса ротора и плоскостью эквивал. лентного витка данной фазы обмотки

статора 1, - модулированный измерительный ток в цепи обмотки статора , - выпр мленный модулированньШ ток в амплитудном демодул торе, тока; напр жение на выходе амплитудного демодул тора тока; - сигналы на выходе управл емого компаратора и 15 - напр жение на основном выходе триггера, соответствующее нахождению полюса положительной пол рности в зоне полюсного делени  данной фазы статора , U.5 - напр жение на инверсном выходе триггера, соответствующее нахождению полюса отрицательной пол рности в зоне полюсного делени  данной фазы статора. Сигналы и  вл ютс  выходными сигналам 5 датчика.

На диаграммах фиг.З изображены: U5 напр жение возбуждени , прило- женное к обмотке индуктора синхронной машины; на фиг.36 - угловое положение ротора, изображенное синусоидальной функцией угла между осью полюса ротора и плоскостью эквивалентного витка фазы обмотки статора, диаграмма изображает процесс разгона ротора от неподвижного состо ни  U0C - импульс напр жени , наведенного в статорной обмотке при включении напр жени  возбуждени j сигнал на выходе компаратора; Ug - сигнал на выходе одновибратора , U - сигнал на выходе элемента совпадени  И, который подаетс  на установочный вход триггераi и,3 - сигналы на выходе управл емого компаратора, которые подаютс  на счетньй вход триггера; и,5 - напр жение на основном выходе триггера, соответствующее на- хождению полюса положительной пол р- ности в зоне полюсного делени  дан- ной фазы статора. Лева  часть диаграммы соответствует тому исходному положению ротора, когда в зоне полюсного делени  фазы статора находитс  полюс положительной пол рности (О 1 i ТГ ), а права  часть - полюс отрицательной пол рности (IT/ у 2)

На фиг.4 изображены также трансформатор 17 и выключатель с нормально закрытым контактом 18 и нормально открытым контактом 19.

Датчик положени  ротора работает следующим образом.

Группа элементов 7, 8, 11,12, 13 15 предназначена дл  фиксировани  моментов прохождени  ротором нейтр а- ли (или другого заданного положени )

и вырабатывани  соответствующих сигналов переключени  и выходных сигналов . Группа элементов 9, 10, 14, 16 представл ет собой определитель начального положени  ротора, который предназначен дл  определени  начального положени  ротора, которое он занимает в момент включени  датчика.

параллельно котором: подключен конденсатор; напр жение на конденсаторе представл ет собой выходное напр жение демодул тора. Из демодулирован- ного напр жени  (фиг.2д) выдел ютс  сигналы, определ ющие положение ротора . Дл  этого напр жение с выхода демодул тора подаетс  на вход управ%.

и приведени  датчика в соответствую- д л емого компаратора 13, где сравнива

щее начальное положение.

Перед включением датчик положени  ротора устанавливаетс  в -исходное состо ние, когда на инверсном выходе

триггера, 15 (на выходе датчика) уста- 15 напр жение превосходит управл ющее навливаетс  единица, а на основном опорное напр жение, на выходе управ- выходе - нуль. Эта установка вьтолн - л емого компаратора вырабатываетс 

етс  с напр жением источника опорного напр жени , поданным на второй вход управл емого компаратора. В моменты времени, .«огда демодулированное

етс  подачей на вход сброса триггера KpaTkoBpeMeHHoro установочного импульса . Установочный импульс подаетс  посредством выключат ел  10, который кратковременно включаетс , а затем отключаетс  Iдо включени  датчика в работу. Вместо выключател  10 может быть использована кнопка дл  кратковременного нажати , а также может быть предусмотрено автоматическое замыкание и размьжание контакта 10 перед включением датчика.

Сигналы переключени  в соответствии с положением ротора вырабатываютс  следующим образом. Измерительное напр жение высокой частоты (фиг.2а) от генератора 7 высокой чассигнал (фиг.2д, е), который подаетс  на вход триггера и переключает его

20 в соответствии с положением ротора ;(фиг.2ж, и).

Как следует из диаграммы фиг.2, если уровень управл ющего напр жени  выбран примерно равным максимальному

25 значению демодулированного напр жени , но несколько ниже, го переключающий сигнал приходитс  на моменты времени, соответствующие моменту прохождени  нейтрали осью полюса. Иног- 30 да бывает необходимо, чтобы сигнал с выхода датчика положени  ротора вырабатывалс  с некоторым опережением относительно момента прохождени  нейтрали . В этих случа х уровень управ- тоты через соответствующие амплитуд- л ющего напр жени  должен быть умень- ный демодул тор 12 тока и полосовой щен относительно максимума демодулированного напр жени . Длительность сигнала на выходе компаратора (фиг.2е) больше, передний фронт это- 40 го сигнала смещаетс  влево, в сторону опережени , и этим фронтом переключаетс  триггер. Смещаютс  влево, в сторону опережени , и выходные сиг- налы датчика. Если необходимо выра- по амплитуде полюсной системой машины g ботать сигналы с отставанием от мо- в соответствии с положением ротора ментов прохождени  нейтрали, то либо (фиг.26). Минимальна  амплитуда моду- используютс  триггеры, переключающи- лированного тока соответствует сов- ес  задним фронтом импульса, подан- падению осей обмотки статора и полю- ным на его вход, либо сигнал с выхода са (соответственно на фиг.26, Зб угол JQ компаратора (фиг.2е) сначала инвер- iy T/2j 3F/2), а максимальна  ампли- тируют, а потом подают на вход триггера . При этом момент переключени  триггера соответствует заднему фронту сигнала U з Момент переключени  55 триггера и, следовательно, сдвиг выходных сигналов датчика может плавно регулироватьс  в широких пределах посредством изменени  уровн  опорного напр жени .

фильтр 11 прикладываетс  к фазе ста- торной обмотки 1  кор  синхронного двигател . Это измерительное напр жение вызывает в цепи: генератор высокой частоты -:амплитудный демодул тор тока - полосовой фильтр - обмотка  кор  измерительный ток высокой частоты (фиг.2в), который модулирован

туда - сдвигу осей на электрический угол 7Г/2 (/Jl 0,Т , 2Т) . Далее этот ток высокой частоты демодулируетс  в амплитудном демодул торе 12 тока: сначала выпр мл етс  (фиг.2г), потом преобразуетс  в напр жение и.сглаживаетс  (фиг.2д). Дл  этого в демодул торе в цепи тока имеетс  резистрр,

напр жение превосходит управл ющее опорное напр жение, на выходе управ- л емого компаратора вырабатываетс 

етс  с напр жением источника опорного напр жени , поданным на второй вход управл емого компаратора. В моменты времени, .«огда демодулированное

сигнал (фиг.2д, е), который подаетс  на вход триггера и переключает его

20 в соответствии с положением ротора ;(фиг.2ж, и).

Как следует из диаграммы фиг.2, если уровень управл ющего напр жени  выбран примерно равным максимальному

25 значению демодулированного напр жени , но несколько ниже, го переклюОпределитель начального положени  ротора работает следующим образом.

Начальное положение ротора определ етс  при включении возбуждени . Пусть в этот момент времени в зоне полюсного.делени  фазы А статора находитс  полюс положительной пол рности (лева  часть фиг.З). В момент времени t включени  возбуждени  ротор неподвижен и занимает угловое положение у (О fi} , фиг.36). При включении возбуждени  и подаче посто нного напр жени  на обмотк.у индук- (фиг.За) в обмотке статора индуцируетс  импульс напр жени  (фиг.Зв), который имеет крутой передний фронт и плавно спадающий задний фронт. Если угловое положение ротора находитс  в пределах , то начальна  часть импульса положительна (лева  часть фиг.З), что используетс  дл  начальной установки : в исходное положение посредством элементов -9, 14, 16. Индуцированный в обмотке статора импульс подаетс  на , вход компаратора 14, где преобразуетс  в пр моугольный импульс единич- нрй амплитуды, который совпадает по- : длительности с положительной частью индуцированного импульса (фиг.Зг). Дл  этого уровень опорного напр жени  в компараторе устанавливаетс  близким к нулю в сторону положительного значени . В момент включени  возбуждени  посредством дополнительного блок-контакта выключател  4 включаетс  одновибратор 9, на выходе которого при этом возникает один пр моугольный импульс напр жени  единичной амплитуды и фиксированной длительности (фиг.Зд). Длительность этого импульса устанавливаетс  меньше длительности импульса на выходе компаратора (фиг.Зг), Если ось полюса ротбра в момент включени  возбуждени  находитс  в области угпов (стрелка оси полюса ротора в верхней полуплоскости,, фиг.36, слева), то им14589466

Далее иьшульсами с выхода управл емого компаратора 13 (фиг.Зж), подаваемыми на счетный вход триггера IS, с триггер последовательно перебрасываетс  из установленного положени  в другое и обратно (фиг.Зи).

Как следует из диаграммы в левой части фиг.З, сигнал (единица) на ос- 10 новном выходе триггера (фиг.Зи) соответствует угловому положению ротора ., т.е. положительным значени м функции sinjt,. Если ось полюса ротора в момент включени /возбуждени  15 находитс  в области углов ТГ 2Tf (стрелка оси полюса в нижней полуплоскости; фиг.36, справа), например, в момент включени  tg ротор неподвижен и занимает угловое положение 20 то начальна  часть индуцированного импульса отрицательна (фиг.Зв). При этом сигнал на выходе .компаратора 14 (фиг.Зг, справа) возникает от спадающей части импульса, котора  пёрехо- 25 дит в область положительных значений . В этом случае сигнал с выхода компаратора 15 не совпадает с сигналом с выхода одновибратора Vg (так как длительность сигнала Ug меньше 30 начальной части индуцированного импульса ) . Следовательно не создаетс  импульс на выходе элемента совпадени  и триггер остаетс  в положении, установленном до включени  датчика, ког- .jg да единица установлена на инверсном . выходе триггера, т,е;. .когда на его основном выходе отсутствует сигнал (имеетс  нуль, фиг.Зи, справа). Далее аналогичным образом импульсами 40 с выхода компаратора 13 происходит переключение триггера. Как следует из диаграммы в правой части фиг.З, и в этом случае сигнал (единица) на основном выходе триггера (фиг,3и) со- 45 ответствует угловому положению ротора , т.е. положительным значени м функции sin.

Трансформатор 17 предназначен дл  согласовани  уровн  .напр жени  импульсы , на выходе компаратора (фиг.Зг) во пульса, наводимого при включении воз- и на выхрде одновибратора (фиг.Зд) буждени , с входным напр жением схеНормально закрытый 18 и нормальсовпадают и при подаче на вход элемента совпадени  Н 16 вызьшают на его выходе импульс (фиг.Зе, слева), который , в свою очередь, при подаче на установочный вход триггера 15 пере- брасьшает последний в состо ние, при котором на его основном выходе устаг навливаетс  единица (фиг.Зи, слева).

мы.

но открытый 19 контакты  вл |отс  контактами дополнительного выключател , 55 который вьшолн ет следующую функцию, В начальный момент при включении нап- р жени  возбуждени  определитель положени  poTQpa должен быть включен. Поэтому цепь определител  замкнута

Нормально закрытый 18 и нормальмы .

но открытый 19 контакты  вл |отс  контактами дополнительного выключател , 55 который вьшолн ет следующую функцию, В начальный момент при включении нап- р жени  возбуждени  определитель положени  poTQpa должен быть включен. Поэтому цепь определител  замкнута

71458946

нормально замкнутым контактом 18. После включени  возбуждени  ротора и установки датчика в исходное начальное положение выключатель дЬлжен переключитьс  и отключить схему определител  от обмотки статора. После этого на обмотку статора может быть подано напр жение от источника питач ше кл мо из

ни . За счет этого исключаетс  воз- 10 б  полосовой фильтр и управл емый

можность попадани  относительно высокого рабочего напр жени  статора на низковольтную электронную схему определител . Схема переключени  должна включатьс  в работу после определени  начального положени  ротора и установки датчика в исходное положение . Это вьшолн етс  переключением контактов выключател ; нормально закомпаратор , измеритель тока, выход которого соединен с входом управл - eVioro компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника

л и-ч а ю 15 опорного напр жени , о т

щ и и с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, он снабжен одновйбратором, выключателем возбуждени  с нормально откры- крытый контакт 18 размыкаетс , а нор- 20 тым блок-контактом, каждый измери- мально открытый контакт 19 замыкает- тельный канал снабжен компаратором, с . Переключение может быть вьшолне- логическим элементом И и выходным

но автоматически непосредственно после включени  возбуждени  выключателем 4...

Реализаци  устройства дает возможность управл ть синхронной машиной в режиме вентильного двигател  или асинхронизированной синхронной машины , в том числе с бесщеточными системами возбуждени , без использова- . ни  специальных датчиков положени , ротора и без изменени  конструкции машины дл  установки датчика положени  ротора. ,

8

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик положени  ротора электрической машины с электромагнитным BOS буждением, содержащий генератор повы шенной частоты, выход которого подключен параллельно каждой из фаз обмотки  кор  через соответствующий измерительный канал, включающий в секомпаратор , измеритель тока, выход которого соединен с входом управл - eVioro компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника

   л и-ч а ю опорного напр жени , о т

   триггером, в каждом измерительном канале выход управл емого компаратора

   25 соединен со счетным входом триггера, установочный вход триггера соединен с выходом элемента И, один вход зле- мента И соединен с выходом компаратора , вход которого соединен с обмот30 кой  кор , другой вход элемента И соединен с выходом одновибратора, вход которого через нормально открытый блок-контакт выключател  возбуждени  соединен с источником питани ,

   35 а вход сброса каждого триггера соединен с выключателем сброса.

   П

   и.

   fz

   v / л/ V

   л

   и а„.

   П

   л

   (

   50Й1

   C5

   L-Q

   . J I 4

   .Т