УДК 621.83
i'.V I '^i • Vе ri
A.B. ДОМ AH OB
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УГЛА УСТАНОВКИ ДАТЧИКА ХОЛЛА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА
Рассматриваются вопросы применения в качестве датчика положения ротора (ДПР) вентильного двигателя (ВД) датчиков Холла (ДХ). Анализируются погрешности, связанные с установкой ДХ на ВД. Получены зависимости, позволяющие оцепить величину ошибки и сформировать требования к установке ДХ на В Д.
В современных вентильных двигателях в качестве датчиков положения ротора используют различные приборы: индукционные, оптические, датчики Холла и др.[1-3]. ДХ получили широкое распространение в связи с простотой конструкции, надежностью и низкой стоимостью.
Чувствительный элемент (ЧЭ) большинства патчиков Холла (в том числе и используемого) имеет форму прямоугольника. В связи с этим при установке ДХ влияние угла его установки приобретает большое значение. В идеальном случае расстояние от оси вращения ротора до ЧЭ датчика Холла велико (на порядки больше габаритных размеров ЧЭ), и ЧЭ ориентирован по касательной к окружности вращения магнита (рис.1), при этом зависимость выходного напряжения ДХ от магнитного потока имеет характер, стремящийся к линейному. Магнитный поток прямо пропорционален площади перекрытия магнита и ЧЭ датчика S..
Рис. ! Идеальный случай установки ДХ
V мя ■ ■■ -
m Щ1
. . IMJ1
тШШ
Шж
г"-'-"
Вестник УлГХУ 2/2001
rr>
г.
Однако б реальных условиях ориентировать ЧЭ датчика Холла с
сакой точностью яе представляется возможным; также расстояние от
_ • » #
оси вращения ротора до ЧЭ не . /настолько велико, чтобы исключить влияние изменения угла поворота магнита. При этом возникают два
отклонения:
1) зависимость S , от угла поворота ротора приобретает нелинейный характер;
2) длительность выдачи сигнала ДХ увеличивается по сравнению с идеальным случаем, что вносит погрешность в измерение положения ротора.
Б связи с этим возникает необходимость исследовать зависимость выходного напряжения ДХ (характеризующего магнитный поток) от его угла установки и ее отклонение от реальной характеристики магнитного потока.
Предположим, что ЧЭ датчика Холла повернут относительно касательной к окружности вращения магнита на угол а. В таком случае можно условно выделить три области на поверхности ЧЭ:
1) 5 j равна гающади треугольника Тх• • . .
2) S x равна максимальной площади треугольника Тх плюс площадь параллелограмма Рх;
3) SA равна двум максимальным площадям треугольника Т} плюс
• *
максимальная площадь параллелограмма Р} минус площадь
• 4 ' N •
треугольника Т2. • •4
В го же время в идеальном случае SA} всегда равна площади
прямоугольника К (рис.1). Для оценки влияния угла установки ДХ
• •
необходимо получшь зависимость активной площади SA от угла а.
i 4
На первом участке изменение угла поворота магнита приводит к линейному изменению по оси х от 0 до Кх-A sin a. Исходя из этого получаем:
• • •
л
х
с _ А_ . . /\\
• . » •
• • •
Максимальная активная площадь получается при а К):
К7; A2 sin2 a 1 d2
S«mx » 7™J--- ---------- - A*tga. (2)
¿smacosa 2sin a cos a 2
На втором участке изменение угла поворота магнита приводит к
___/
линейному изменению по оси х от К} до К2 -^А2 +В2 cosí —a
И
Исходя из этого получаем:
ВеспшкУлГТУ 2/2001
59
=
^ А А \XiAX
Ах
4------ ==х
со $сх
А 1 ,,
---+ -А~1$а.
с 08 а 2
Максимальная активная площадь получается при .х = К2:
со$
С -
и А2МЛХ
V
/Г
— а 4
К «Л 1 . гп п
со$ а 2 со5 а
У
— АЧеа. 2 6
' < ч
(4)
На третьем участке изменение угла поворота магнита приводит к
/
линейному изменению по оси л* от К, до К. =лМ2 +В* сое
* А Л
V
Я*
--«
4
Исходя из 'Угого получаем:
у[лг ТТ1 со4 - а! - Л-
;
I бш а с08 а
2 бш а со$ а
(5)
. • • ••......: - • . • '
ЗДЯГМАГТ
• •/•V О1» «' -г.л. . . .
»< ЛНуг «¿«и*«-
эдш
»с*
Дю&щ*
» ••1Ч**оТМ| -: : . : ... .
Гн.»ч . 1<Оч•* уЛ а .п'»--!1«*«*/гх».* I. ••«
.; -Л ,
. V V
.:. • ; . . • ......-
Нл« лш.'.-»..«».'. •/««.• « «- Г--'
Г' -•» *' ••* • • .»•• »«V» , * 4 " • 'V • •! -*• " • - », .
Рис, 2. Расчет площади перекрытия магнита и чувствительного элемента ДХ
При расчете необходимо учитывать изменение х в результате того, что движение магнита не линейное поступательное, а вращательное. Это можно сделать с помощью добавления в угол а поправки, которая рассчитывается исходя из размеров чувствительного элемента ДХ. расстояния от него до оси вращения ротора г и текущего значения х:
Вестник УяГТУ 2/200!
\
По формулам (1,3,5,6) был построен график Д£ч< = /(ХР), где Xр -
величина перемещения ДХ. Видно, что с увеличением угла установки датчика возрастает (рис.3 А)
= (7)
На рис.3 приведено семейство графиков для различных значений угла а (5°Л0°,15°,20°,25о,30о>35°,40°,45°), МА возрастает с увеличением а. Из рис.4 видно, что ~ 0.25 при условии а = 45°. Напряжение на
выходе ДХ пропорционально потоку Ф, проходящему через датчик. В рассматриваемом случае значение потока пропорционально величин
(3)
Можно сделать вывод, что неточность б установке ДХ приводит к появлению погрешности в измерении положения ротора двигателя.
С
АВа
0.25
0.20
ОД 5
0,05
Ркс. 3. Семейство графиков АЗ, для различныхзначенийугка (X
Веспгак УяПУ 2/2001
61
Из предъявляемых требований по точности и рис.4 можно определить допустимое отклонение угла устанозки ДХ.
ЛВа
QJ0
0,25
0,20
0.15
0.10
0.05
[—~ » • • • \
• • У'' ■ • • •
• - -ДГ • i •• » •
• • t 1 • • • • * • • • *• «.
• • • t • f
Z1 • • i
0 4.5 9.0 13.5 18.0 22.$ 27.0 31.5 36.0 40.5 45,9
*
• V
Рис. 4. Зависимость АS. от угла а
а
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: • . .
1. Для снижения влияния неточности угла установки ДХ его необходимо располагать на максимально возможном удалении от оси вращения ротора.
2. йз рис.4, можно определить допуск на установку. ДХ в зависимости
от необходимой точности.
. • *«
3. ДХ необходимо располагать таким образом, чтобы развиваемый ВД
4 •
магнитный поток не выводил сигнал датчика в насыщение.
• • ^
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 i -
•. * •
1. Кенио Т., Наг шор и С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами.
М.: Энергоатомиздагг, 1989.184 с.
2. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока / Н.П. Адаолотхин, В.Т. Гращенков, HJH. Лебедев и др. Л.: Экергоатсмиздат, 1984. 160 с.
3. Михалев A.C., Миловзоров B.IL Следящие системы с бесхонтактньши ' двигателями постоянного тока! М.Энергия, 1979. 160 с.
Вестник УлГТУ 2/2001
Даманов Андрей Викторович, аспирант кафедры «Электропривод и аетоматшация промышленных установок» УлТТУI Окончил Ульяновский государственный технический университет. Имеет статьи и доклады по
исследованию вентильных двигателей и оптгшальнаму управлению.
% ■
»
•»
i
УДК 621.313:314.632
В.Е. БЫСТРИЦКИМ, П.В. КУДРЯШОВ,j С.И. СИДОРОВ
.... . • , -• в • т щ
ДВУХКООРДИНАТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ПОМОЩЬЮ КОМПЕНСАЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ В СТАТОРНЫХ ОБМОТКАХ
* Чг*" • • . | ,1
Рассмотрен вариант выполнения автономного источника постоянного тот на основе асинхронного генератора с компенсационным выпрямителем в статарных обмотках. Показано, что задача плавного регулирования напрязкения на выходе генератора и формирования внешних характеристик заданного вида может быть решена при двуххоординатном импульско-фазоеом управлении компенсационным преобразователем.
л
В настоящее время в регулируемом электроприводе происходит вытеснение машины постоянного тока простым и сравнительно дешевым асинхронным электродвигателем с коротхозамкнугым ротором. Выпуск двигателей постоянного тока для ряда отраслей прекращен. Можно ожидать, что данная тепдевдия будет наблюдаться и в области генераторостроения для автономных источников постоянного тока [ 1] . В работе рассмотрен один из альтернативных вариантов источника постоянного тока на базе асинхронного генератора (АГ), потребность которого в реактивной мощности обеспечивается подключением к
статорным обмоткам компенсационного преобразователя (КП),
• — • , , * ■ • • *
работающего с опережающим коэффициентом сдвига cos (р <1 при ф<0 (см. рис.15а). Для осушествлеюш пуска на холостом ходу предусматривается подключение к обмоткам АГ пусковых конденсаторов С„, заряд которых может происходить с помощью маломощного источника питания БП. При пуске под нагрузкой *грименение С.-а может не понадобиться, если будут выношены известные условия самовозбуждения [2]. Для рассматриваемого варианта эти условия запишутся (см. рис.1 ,б)
Ue> 1р(Кн
где 1Р - реактивная составляющая тока статора; R#H +КИ ~ суммарное
сосроталение атоведущих цепей. Предаваемый способ двухкоор-
• «
• *
Вешшк УлГТУ 2/2001 -S3