Бесконтактные генераторы и бесконтактные вентильные электродвигатели летательных аппаратов, страница 8

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.