Индуктивные датчики с переменным воздушным зазором состоят из неподвижного разомкнутого магнитопровода с одной (дроссельные датчики, рисунок 18а) или двумя (трансформаторные датчики, рисунок 18б) обмотками. На валу двигателя размещается вращающаяся часть датчиков, имеющая магнитопровод, который в зависимости от положения индуктора находится на различном расстоянии от неподвижного магнитопровода. При уменьшении расстояния сопротивление магнитной цепи датчика уменьшается и соответственно увеличивается индуктивное сопротивление однообмоточного датчика, а у трансформаторного датчика улучшается связь между обмотками. Следовательно, в дроссельных датчиках при уменьшении зазоров токи уменьшаются, а у трансформаторных – во вторичных обмотках токи увеличиваются. Индуктивные датчики с переменным рабочим зазором должны работать под нагрузкой, так как в режиме холостого хода изменения напряжения на выходе практически происходить не будет.
Рисунок 18 – Индуктивные датчики положения ротора с переменным рабочим зазором: а – дроссельный; б – трансформаторный
При применении простейших индуктивных датчиков с переменным рабочим зазором получить высокую крутизну и большое отношение сигнал/помеха трудно, так как при увеличении рабочего зазора начинают сильно сказываться магнитные потоки, замыкающиеся по воздуху. Для получения большой кратности необходимо снизить величину помехи до минимальной величины. Это достигается путем применения дифференциальных трансформаторных датчиков, в которых в зависимости от положения вращающейся части поток, пронизывающий выходную обмотку равен нулю или достигает максимального значения. Недостатком такого датчика является сложность наладки.
Число датчиков обычно в бесконтактном двигателе равно числу секций а или 2а. В целях упрощения конструкции и уменьшения габаритов двигателей часто индуктивные датчики выполняются с общей магнитной цепью. В этом случае магнитопровод выполняется в виде кольца с зубцами. Число зубцов в 2 раза больше, чем число выходных обмоток. На зубцах поочередно размещаются входные и выходные обмотки. Все входные обмотки включаются последовательно и питаются от специального генератора повышенной частоты. Вращающаяся часть выполняется в виде диска, половина или несколько меньшая часть которого выполняется из ферромагнитного материала, а остальная – из диамагнитного (обычно изоляционного). При работе датчиков в обмотках зубцов, которые находятся в зоне ферромагнитной части ротора, наводится ЭДС и сигналы подаются на соответствующие элементы коммутирующего устройства. В остальных вторичных обмотках наводятся очень небольшие ЭДС, обусловленные потоками, которые проходят по воздуху. Для двигателей с числом полюсов более двух зубцы с входными обмотками могут быть объединены в один общин полюс с одной общей обмоткой, что конструктивно более удобно.
Магнитопроводы индуктивных датчиков могут выполняться из тонкой листовой электротехнической стали или из феррита.
Недостатком датчиков с переменным воздушным зазором является невысокая крутизна выходного сигнала, что заставляет применять перед коммутирующими устройствами полупроводниковые усилители с релейными характеристиками или триггерные устройства.
Для получения возможно большего отношения сигнала к помехе необходимо изготовлять индуктивные датчики с минимальными рабочими зазорами. Однако изготовление датчиков с зазорами менее 0,15 мм затруднительно, а работа машины становится менее надежной. В этом отношении более желательно выполнять датчики с магнитопроводами без воздушных зазоров, а изменение сопротивления магнитной цепи производить путем ее подмагничивания.
Индуктивные датчики с подмагничиванием имеют замкнутый магнитопровод (рисунок 19), набранный из листов тонкой электротехнической стали или изготовленный из феррита с прямоугольной петлей перемагничивания и высокой магнитной проницаемостью. Магнитопровод обычно имеет прямоугольную форму. При внутренней магнитной системе магнитопровод снабжается дополнительными выступами для усиления действия магнитной системы. На магнитопроводе размещается одна (рисунок 19а) или две (рисунок 19б) обмотки. В первом случае получается дроссельный датчик, во втором – трансформаторный.
Рисунок 19 – Датчики положения ротора с подмагничиванием магнитной цепи: а – дроссельный; б – трансформаторный с внутренней магнитной системой; в – трансформаторный с секторной магнитной системой
Управление датчиками осуществляется путем подмагничивания их магнитных цепей вращающейся магнитной системой, которая может выполняться различных видов. В простейшем случае магнитная система состоит из полуцилиндра из магнитожесткого материала, намагниченного вдоль оси (рисунок 19в), и двух ферромагнитных секторов, между которыми располагаются датчики. Для уравновешивания системы она снабжается вторым полуцилиндром и дисками из немагнитного материала.
Магнитные цепи датчиков, которые находятся между ферромагнитными секторами, насыщаются, сопротивления магнитных цепей возрастают, и индуктивные сопротивления у однообмоточных датчиков уменьшаются, а у двухобмоточных связь между обмотками нарушается, в результате чего дроссельные датчики начинают подавать сигналы на коммутирующие устройства, а трансформаторные, наоборот, прекращают подачу сигналов.
При вращении магнитной системы происходит поочерёдное насыщение датчиков и включение соответствующих элементов коммутирующего устройства.
При применении описанной системы наблюдается постепенное насыщение магнитопроводов датчиков за счет краевых полей, и выходные сигналы получаются небольшой крутизны.
В бесконтактных двигателях постоянного тока применяются как дроссельные, так и трансформаторные датчики с подмагничиванием магнитной цепи. Дроссельные датчики более просты в изготовлении (одна обмотка) и имеют меньшие потери, но для своего питания требуют применения многообмоточного трансформатора, что усложняет и увеличивает габариты генератора повышенной частоты. Первичные обмотки трансформаторных датчиков включаются последовательно и могут питаться от общего источника, электрически связанного с цепями коммутирующего устройства. Трансформаторные датчики легко могут быть превращены при необходимости в дроссельные путем соединения обмоток последовательно.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.