Типы датчиков, применяемых в вентильных электрических машинах

 

Специфическим элементом вентильных двигателей является блок датчиков, фиксирующих положение ротора (ДПР) или магнитного потока. Существует большое конструктивное разнообразие ДПР. Наибольшее распространение получили дифференциальные трансформаторные или индукционные ДПР. Одна из возможных конструкций такого ДПР представлена на рисунке 2.1.

Число трансформаторов в датчике равно числу управляемых вентилей. Каждый трансформатор имеет Ш-образный магнитопровод, на крайних стержнях которого размещаются встречно-последовательно включенные обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2. К этим обмоткам подводится переменное напряжение прямоугольной формы от генератора

Рис. 2.1

переменного напряжения. Генератор работает на частоте, в 10-20 раз превышающей частоту тока в секциях при максимальной угловой скорости вращения. Эта частота обычно лежит в диапазоне 3000…7000 Гц. В качестве генератора используются транзисторные преобразователи постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы.

Потоки, образованные катушками возбуждения, замыкаются через средний стержень, на котором размещается выходная обмотка ВО. Ротор выполнен так, что в зоне правого крайнего стержня и в зоне среднего стержня он имеет цилиндрическую форму, а в зоне левого крайнего стержня на его поверхности имеются симметрично расположенные секторные выемки с электрическим углом . Число этих выемок равно числу пар полюсов индуктора, и каждая из них занимает угол . В других конструкциях на роторе размещаются магнитомягкие накладки, а свободные от них зоны соответствуют выемкам.

В положении, когда под всеми стержнями находится гладкая цилиндрическая поверхность и немагнитные зазоры везде одинаковы, встречно направленные потоки в среднем стержне уравновешиваются и ЭДС выходной обмотки ВО равна нулю. Наоборот, в положении, когда напротив левого стержня располагается секторная выемка, равновесие нарушается и в выходной обмотке индуктируется максимальная ЭДС. Сигналы от выходных обмоток управляют соответствующими вентилями.

Существуют и другие разновидности ДПР:

- на основе магнитодиодов, резко изменяющих свое сопротивление при наложении магнитного поля;

- оптические ДПР, в которых может использоваться система зеркал на роторе, отражающих световые сигналы от фотодатчиков в фотоприемники на статоре;

- ДПР типа бесконтактного сельсина, который содержит на статоре первичную распределенную трехфазную обмотку, питаемую током повышенной частоты, и выходную обмотку катушечного типа.

Датчики, фиксирующие положение амплитуды полного магнитного потока двигателя, могут либо реализовываться на базе датчиков Холла, либо реагировать на насыщение магнитной цепи. В последнем случае индукционный датчик содержит магнитопровод с двумя катушками – первичной, питаемой однополярными импульсами тока, и вторичной, подключенной к системе управления инвертора. Магнитопровод датчика сопрягается с основным магнитопроводом статора. При прохождении мимо датчика максимального полного потока магнитопровод датчика насыщается, что приводит к изменению импульсов, наводимых во вторичной обмотке. Эти изменения фиксируются системой управления, посылающей сигналы на управляющие электроды тиристоров.

Положение амплитуды магнитного потока и продольной оси ротора может фиксироваться с помощью электронных интеграторов, логических элементов, магнитных элементов, фоторезисторов и других устройств. В этих случаях сигналы от датчиков направляются в специальные усилительно-преобразовательные устройства, которые вырабатывают управляющие импульсы с требуемой формой и длительностью, посылаемые на вентили инвертора по заданному закону управления. В маломощных вентильных двигателях применяются системы датчиков и коммутаторов тока, связанных в единое коммутирующее устройство на базе фотоэлементов и полупроводниковых микросхем.

Кроме описанных датчиков в вентильных двигателях применяются датчики нагрузки, сигнал которых пропоционален току якоря. Измеряемыми параметрами могут быть также углы коммутации и запаса . Угол фиксируется с помощью трансформаторов тока в фазах двигателя, реагирующих на изменения тока в течение периода коммутации. Угол измеряют устройством, фиксирующим угол между моментом окончания коммутации и моментом перехода через нуль ЭДС в коммутирующем контуре.