Передаточная функция ВД

В качестве аналоговых датчиков положения находят применение вращающиеся трансформаторы, индуктосины, редуктосины. С помощью этих датчиков силовые ключи коммутатора управляются по закону, близкому к синусоидальному (позиционная обратная связь). Это позволяет существенно снизить пульсации электромагнитного момента двигателя. Схемы коммутаторов таких ВД сложные, поэтому они применяются лишь в системах с повышенными требованиями к пульсациям электромагнитного момента при низких скоростях вращения. Чувствительные элементы в параметрических датчиках изменяют свое состояние дискретно. Такие датчики фиксируют конечное число положения ротора, равное числу силовых ключей коммутатора, и называются дискретными. МДС обмотки статора ВД в этом случае совершает колебания около нормали к вектору магнитного потока в пределах некоторого угла ±α_к/2, где α_к - угол поворота ротора между двумя последовательными моментами подключения секций обмоток к источнику питания (период коммутации). Это приводит к заметным пульсациям момента двигателя. Рассмотрим работу параметрических датчиков положения. Работа параметрических датчиков может быть основана на разных принципах — фотоэлектрическом, индуктивном и с использованием эффекте Холла и т. д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безинерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора. ДПР состоит из двух основных элементов. Один из них сигнальный (управляющий) связан с ротором двигателя и при достижении им заданного углового положения входит во взаимодействие с другим элементом – чувствительным, связанным со статором. В результате взаимодействия названных элементов происходит преобразование углового перемещения первого элемента и изменение какого либо электрического или магнитного параметра, второго элемента. Сигнальный элемент может передавать информацию о своем положении различными видами энергии: энергией магнитного поля или электрического поля; лучевой энергией света или радиоактивного излучения и др. Поэтому классифицировать ДПР можно прежде всего по виду используемой для передачи управляющего воздействия энергии и типу источника энергии. Далее классифицировать ДПР следует по типу ЧЭ, преобразующих тот или иной вид энергии в изменение магнитного или электрического параметра. Это прежде всего различного рода индуктивные, емкостные, гальваномагнитные элементы и фотоэлементы. Дальнейшая классификация может проводится по виду выходного сигнала (дискретный или аналоговый), роду тока (постоянный или переменный), требованиям к управляемости, конструктивному выполнению и т. д. Для электродвигателей с различным числом полюсов ДПР будут отличаться угловым расположением ЧЭ в обойме и числом сигнальных секторов якоря. Угловой размер сектора якоря в геометрических градусах равен

, (269)

где р_п – число пар полюсов ВД;

m – число секций (фаз) силовой обмотки.

Число сигнальных секторов равно числу пар полюсов: N = р_п.

В качестве примера на рис. 155 показано наиболее целесообразное расположение ЧЭ трехсекционных двигателей с одно и двухполупериодным питанием секций для различного числа пар полюсов.

Как следует из (269), угловой размер сигнального сектора ДПР для многополюсных двигателей становится малым, что может привести к снижению разрешающей способности датчика по углу поворота ротора. Поэтому в ряде случаев для многополюсных двигателей окажется рациональным использование ДПР с сигнальным сектором в 120°, причем ДПР соединяется с ротором двигателя через ускоряющий редуктор, передаточное отношение которого равно числу пар полюсов двигателя.

В реверсивных управляемых двигателях применяют более сложные схемы ДПР. Как правило, реверс достигается за счет использования двух комплектов ЧЭ, расположенных в одной обойме датчика. ЧЭ различных комплектов, но управляющие одной и той же секцией двигателя сдвинуты относительно друг друга на угол 180°/р_п. Направление вращения зависит от того, на какой из комплектов ЧЭ подано питание. Такое решение позволяет упростить схему коммутатора, исключив специальные переключатели выходных обмоток ЧЭ или силовых обмоток двигателя.

По типу используемых ЧЭ ДПР делятся на следующие виды:

1. ДПР с индуктивными элементами.

В качестве ЧЭ в таких ДПР используются:

- индуктивные и трансформаторные элементы с переменным воздушным зазором;

- индуктивные и трансформаторные элементы с насыщением магнитопровода потоком постоянного магнита (дроссели и трансформаторы насыщения).

Для двигателей широкого применения наилучшими свойствами в настоящее время обладают ДПР, у которых в качестве ЧЭ используют дроссели и трансформаторы насыщения с ферритовыми сердечниками, а в качестве сигнального элемента – постоянные магниты. В ряде случаев постоянные магниты устанавливают против каждого ЧЭ на обойме ДПР, а сигнальный элемент выполняют в виде немагнитного экрана, закрепленного на валу двигателя. Работа такого ДПР основана на прерывании магнитного потока возбуждения ЧЭ с помощью экрана.

Питание ДПР с индуктивными элементами производится от ГВЧ (30-100 кГц). Повышение частоты позволяет при заданных размерах ЧЭ увеличить выходную мощность и уменьшить остаточный сигнал. Для уменьшения потерь на перемагничивание следует выбирать сердечники с более узкой петлей гистерезиса.

2. ДПР с гальваномагнитными элементами.

В качестве ЧЭ в таких ДПР используются:

– элементы Холла;

– магниторезисторы;

– магнитодиоды, магнитотранзисторы или магнитотиристоры.

3. ДПР с фотоэлектронными элементами.

ДПР этого вида состоит из четырех основных частей: источников излучения, фотоприемников, модуляторов излучения и среды для передачи излучения.

Источниками излучения могут быть лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды и др. В качестве фотоприемников могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фотоемкости, вентильные фотоэлементы и т.п.

Модулятор излучения связан с ротором двигателя и чаще всего представляют собой непрозрачный для излучения экран с вырезами или окнами. Модулятором может быть также отражатель излучения, например, зеркало или фотофильтр. Для передачи излучения могут быть использованы специальные среды – волокнистые светодиоды, фотолинзы и др. Среды эти могут быть как неуправляемыми, так и управляемыми. В последнем случае, воздействуя на среду управляющим сигналом, можно менять ее свойства по отношению к фотоизлучению и тем самым управлять двигателем.

Рис. 155. Функциональные схемы ДПР двухфазных ВД при различных значениях числа пар полюсов р_п

Вопросы для самоконтроля

1.Дайте определение понятию «вентильный двигатель» (ВД).

2.Поясните назначение полупроводникового коммутатора.

3.Поясните назначение датчика положения ротора (ДПР).

4. Приведите выражение механической характеристики ВД.

5. Укажите причины нелинейности механических характеристик ВД.

6.Поясните принцип работы ДПР дискретного типа. 7.Сформулируйте достоинства и недостатки ЭП, выполненного на основе вентильного двигателя.