Анализ влияния угла установки датчика Холла на характеристики датчика положения ротора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

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