5.1. Датчики положения ротора

Датчики положения ротора определяются их чувствительными элементами, которые могут быть построены с использованием ЭДС Холла, фотоэффекта и т.д. Достаточно широкое распространение получили датчики электромагнитного – трансформаторного типа. На рис. 5.7. показан один из них.

Рис. 5.7. Датчик положения ротора трансформаторного типа

Чувствительными элементами датчика являются три трансформатора   (Тр₁, Тр₂, Тр₃), сдвинутыми  в   пространстве   на 120 эл. град. Сердечники трансформаторов выполняются из быстронасыщающихся материалов – феррита, пермаллоя и тр. Первичные обмотки трансформаторов (I) питаются напряжением высокой частоты (порядка нескольких килогерц) от маломощного источника. Вторичные обмотки через диоды включаются в базы соответствующих транзисторов.

Ротор датчика состоит из постоянного магнита 1, полюсного наконечника 2, выполненного из магнитомягкого материала, и немагнитного полуцилиндра 3.

Элементам конструкции датчика придаются такие формы и они располагаются так, чтобы сердечники трансформаторов, перекрытые полюсным наконечником 2, были насыщенными. В этом случае ЭДС вторичных обмоток трансформаторов (II) практически равны нулю и сигналы на базы транзисторов не поступают. Управляющие сигналы поступают только от тех трансформаторов, сердечники которых не насыщены.

Контрольные вопросы

1. Из каких элементов состоят бесконтактные двигатели постоянного тока?

2. Чем обусловлено малое число обмоток и чувствительных элементов бесконтактных двигателей постоянного тока?

3. По каким причинам ток якоря и момент на валу бесконтактного двигатели постоянного тока меньше, чем ток и вращающий момент обычного коллекторного двигателя той же мощности?

4. Нарисуйте диаграмму МДС обмоток статора (подобную положениям 1, 2, 3 на рис. 5.3) при условии, что дуга чувствительного элемента не 180° , а 120° .

5 Чему равна величина суммарного тока, потребляемого двигателем из сети, при различных углах поворота ротора и дуге ЧЭ в 120° ?

6. Тихоходные двигатели

В технике часто возникает потребность в двигателях с низкими скоростями вращения (от единиц до нескольких десятков оборотов в минуту) без использования механических редукторов. Применение редукторов нежелательно по причинам их повышенного шума, значительных масс и габаритов, люфтов и ряда других отрицательных последствий. Малые скорости вращения микродвигателей можно получить следующими принципиально разными способами:

1)выполнением дробных обмоток, т.е. обмоток с числом пазов на полюс и фазу q < 1;

2)использованием принципа электромагнитной редукции;

3)выполнением двигателей с катящимся или волновым ротором.

6.1. Дробные обмотки

Получение малых скоростей путем увеличения числа пар полюсов (при q = 1) в микромашинах невозможно из-за ограниченных габаритов последних. Это тем более затруднительно, что во многих случаях они выполняются на повышенные частоты (200, 400 и более герц). Использование обмоток с q < 1 позволяет решить задачу. Однако не всякое значение q даст положительный результат. В нашем случае число пазов на полюс и фазу можно записать в виде

(6.1)

где: Z – число пазов статора;   p – число пар полюсов; m – число фаз;  с и d – положительные числа.

Для того чтобы получить удовлетворительные обмотки, надо выполнить ряд условий:

1) c и d должны быть несократимыми числами;

2) знаменатель дроби d не должен быть кратным числу фаз. Другими словами, для трехфазных обмоток d не должно быть кратным 3, а для двухфазных – четным числом;

3) d и р связаны соотношением р =d t, где t – целое число.

Иногда возникает задача выполнить обмотку с максимальным числом пар полюсов в статоре с заданным числом пазов Z. Тогда

(6.2)

В этом случае числитель дроби «c» выбирается из условия

(6.3)

Кривая МДС обмоток с дробным q содержит большое число высших гармоник. Причем, чем ближе p к предельному значению, тем ярче выражены эти гармоники. Поэтому значительная часть момента двигателя теряется на преодоление тормозных составляющих. Энергетические показатели таких двигателей, как правило, невысокие.

В качестве примера выполним двухфазную обмотку с числом пазов Z = 12 и максимально возможным числом пар полюсов.

Решая (6.2), получаем

Из условия (6.3) находим числитель дроби с: с > 5/2 , т.е. с = 3 .

Следовательно q = 3/5.

Шаг обмотки по пазам

Рис. 6.1. Звезда пазовых ЭДС

Находим угол сдвига пазовых ЭДС в электрических градусах

Строим звезду пазовых ЭДС (рис. 6.1) и разбиваем ее на фазные зоны (в нашем случае на 4). Рисуем пазы, указываем направление токов, приняв, что в зонах Y, A они текут вверх, а в зонах B, X – вниз (рис. 6.2). Наконец соединяем катушки наиболее короткими перемычками и получаем нужную обмотку.

Рис. 6.2. Схема дробной обмотки (q = 3/5)

На рис. 6.3 для момента времени, когда ток в фазах А и Y равен построена диаграмма МДС.

Рис. 6.3. Кривая магнитодвижущих сил дробной обмотки (q = 3/5)

Видно, что кривая магнитодвижущих сил далеко не синусоидальная, т.е. она содержит большое число ярко выраженных гармоник. Однако обмотка все-таки создает магнитное поле с 10 полюсами.