CC BY
16Решетневскуе чтения. 2018
УДК 621.313.392
ТРЕХФАЗНЫЕ ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА
Д. С. Виноградов, А. Н. Бобриков
АО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в E-mail: info@polus-tomsk.ru
Рассмотрены возможные конструкции трехфазных датчиков положения ротора вентильных двигателей систем ориентации космических аппаратов, а также результаты испытаний макетов данных датчиков.
Ключевые слова: трехфазный, датчик положения ротора, синусоидальный сигнал.
THREE-PHASE ROTOR POSITION DETECTOR
D. S. Vinogradov, A. N. Bobrikov
JSC "Scientific & Industrial Centre "Polyus" 56v, Kirov Av, Tomsk, 634050, Russian Federation E-mail: info@polus-tomsk.ru
The paper presents possible construction of three-phase rotor position detector of spacecrafts orientation system brushless dc motor, and also release results of three-phase rotor position detectors tests.
Keywords: three-phase, rotor position detector, sinusoidal signal.
Введение. Для управления трехфазными вентильными двигателями требуются трехфазные датчики положения ротора, при этом для минимизации пульсаций электромагнитного момента двигателя они должны формировать синусоидальные выходные сигналы со сдвигом 120 эл. град. С целью изучения характеристик трехфазных датчиков разработаны два макетных образца на основе двухфазных аналогов, широко применяемых в вентильных двигателях: датчик положения ротора с внутренним каскадом и датчик на основе вращающегося трансформатора.
Датчик с внутренним каскадом выполнен по типу индукционной машины, имеющей обмотку возбуждения и трехфазную выходную обмотку на статоре. Обмотка ротора имеет две фазы разной полюсности, которые соединяются между собой электрически, образуя внутренний каскад [1].
Датчик на основе вращающегося трансформатора имеет обмотку возбуждения на роторе и трехфазные выходные обмотки на статоре [2]. Напряжение на обмотку возбуждения подается бесконтактным способом с помощью кольцевого трансформатора [3-5], который состоит из вращающейся и неподвижной обмоток, расположенных в сердечниках с радиальным воздушным зазором.
Выходным параметром датчиков является трехфазный модулированный сигнал синусоидальной формы, изменяющийся в зависимости от взаимного углового расположения статора и ротора.
В конструкции обоих датчиков применены синусные концентрические обмотки без пропуска шага, а пакеты статора и ротора собраны из листов сплава 79НМ толщиной 0,2 мм. Для обеспечения жесткости пакетов введены крайние листы сплава 79НМ толщиной 0,5 мм.
В ходе испытаний макетных образцов датчиков проверены схемы трехфазных обмоток и измерены основные параметры при питании напряжением синусоидальной формы амплитудой 6 В, частотой 20 и 30 кГц.
Результаты измерения характеристик датчиков следующие. Амплитудная модуляция выходного сигнала датчика с внутренним каскадом находится в пределах 3,5 % при частоте 20 кГц и 5,4 % при 30 кГц. Среднее действующее значение выходного сигнала составило 1,4 В, ток потребления равен 3 мА при частоте 20 кГц и 0,3 мА при 30 кГц. Амплитудная модуляция выходного сигнала датчика на основе вращающегося трансформатора находится в пределах 0,57 % при частоте 20 кГц и 0,61 % при 30 кГц. Среднее действующее значение выходного сигнала составило 4,3 В, ток потребления равен 3 мА при частоте 20 кГц и 0,1 мА при 30 кГц.
Заключение. Таким образом, экспериментально проверенные характеристики макетных образцов трехфазных датчиков соответствуют основным требованиям, предъявляемым к штатным образцам. Для питания обмоток возбуждения рекомендуется использовать напряжение синусоидальной формы амплитудой 6 В, частотой 20 кГц. В этом случае амплитудная модуляция выходных сигналов несколько ниже, чем при частоте 30 кГц. Также можно использовать напряжение питания прямоугольной формы.
Датчик на основе вращающегося трансформатора обладает меньшей амплитудной модуляцией выходных сигналов, но требует наличия кольцевого трансформатора, что увеличивает его массогабаритные характеристики по сравнению с датчиком с внутренним каскадом на 40-60 % (в зависимости от компоновки в составе двигателя-маховика).
Космическое и специальное электронное приборостроение
Датчик с внутренним каскадом более надежен ввиду отсутствия кольцевого трансформатора и меньшего количества электрических соединений с монтажными проводниками, но обладает меньшей точностью из-за особенностей работы внутреннего каскада.
Библиографические ссылки
1. Проектирование и экспериментальное исследование опытных моделей датчиков положения ротора различной полюсности: отчет о НИР / Чувашский гос. ун-т им. И. Н. Ульянова ; рук. Б. П. Шорохов. № ГР 76083573 ; Инв. № Б538116. Чебоксары, 1976.
2. Разработка и исследование датчиков углового положения ротора и контроля частоты вращения вентильных двигателей : отчет о НИР / Чувашский гос. ун-т им. И. Н. Ульянова ; рук. Н. К. Алексеев. № ГР 80017469 ; Инв. № 02822010075. Чебоксары, 1981.
3. Бесконтактный токопровод / Ю. И. Пережиров [и др.] // Актуальные проблемы российской космонавтики : материалы XXXVII академических чтений по космонавтике. М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2013.
4. Бальян Р. Х., Обрусник В. П. Оптимальное проектирование высокочастотных ферромагнитных устройств. Томск : Изд-во Том. ун-та, 1987.
5. Гусев В. Г., Андрианова Л. П. Индуктивные и магнитомодуляционные преобразователи для передачи информации с вращающихся объектов. М. : Энергия, 1979.
References
1. Proektirovanie I eksperementalnoye isledovanie opytnih modeley datchikov polojenia rotora razlichnoy polucnosti. Otchet o NIR / Chuvashskiy gosudarstvenniy universitet im. I. N. Ulyanova ; Ruk. B. P. Shorokhov. No. GR 76083573; Inv. No. B538116. Cheboksary, 1976.
2. Razrabotka I isledovaniya datchikov uglovogo polojenia rotora i kontrolya chastoti vraschenia ventilnyh dvigateley. Otchet o NIR / Chuvashskiy gosudarstvenniy universitet im. I. N. Ulyanova ; Ruk N. K. Alekseev No. GR 80017469; Inv. No. 02822010075. Cheboksary, 1981.
3. Beskontaktniy tokoprovod / Y. I. Perezhirov, [et al.] // sb. Akutalniy problemi Ruskoy kosmonavtiki. Moscwa. Commissia RAN 2013.
4. Balyan R. H., Obrusnik V. P. Optimalnoye proektirovanie silovih visokochastotnih feromagnitnih ostroystv. Tomsk : Izdatelstvo Tomskogo Universiteta, 1987.
5. Gusev V. G., Andrianova L. P. Indyktivnie i mag-nityj modulatsionnye preobrazovateli dlya peredachi in-formacii c vrashayushihsya objektov. Moscwa, Energya, 1979.
© Виноградов Д. С., Бобриков А. Н., 2018
