HU189523B - Circuit arrangement for electronic commutation of stator winding of electronic commutation motors - Google Patents

Description

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés villamosán kommutált motorok állórésztekercseinek kommutálására, amely kapcsolási elrendezés és a kapcsolási elrendezéssel megvalósított kommutálás előnyösen a szórakoztató elektronikai berendezésekben lévő kisteljesítményű motoroknál alkalmazható.

Ismeretes, hogy az egyes állórésztekercsek lekapcsolásakor keletkező nagy induktív feszültségimpulzusokat általában Zener-diódával, varisztorral, ellenállásokkal vagy nagy értékű kondenzátorokkal mindenképpen korlátozni kell. Ekkor azonban a tekercs mágneses tere energiájának egy része az alkalmazott kiegészítő elemtől függően hővé alakul és csak a további rész lesz az, ami hatásosan forgatónyomatékká alakítható át.

Mivel a tekercs mágneses terében tárolt energia leépítése ebben a formában gyakorlatilag jól megvalósítható, a Zener-diódákat és varisztorokat úgy kell méretezni, hogy az impulzusok amplitúdója, amely ezeken az alkatrészeken felléphet, nagyobb csúcsértékű legyen, mint az alkalmazott motor elektromotoros erejének a csúcsértéke, illetőleg ha ellenállás van beépítve, akkor a motoros és generátoros félhullám esetén is áram keletkezik, amely a motor hatásfokát mindenképpen lecsökkenti. Kondenzátorokat, a tekercsfeszültség és a motoráram közötti fázistoló hatás miatt, csak igen lassan kapcsoló villamosán kommutált motorok esetében lehet alkalmazni.

A találmánnyal célul tűztük ki egy olyan kapcsolási elrendezés megvalósítását, ahol a tekercs energiájának a leépítését a kommutáló frekvenciától és a motoráramtól függetlenül maga a tekercs vezérli oly módon, hogy csak kis értékű, meghatározott feszültségamplitúdójú feszültség fog indukálódni, és a tekercsáram folyamatosan és mindig nulla felé tart.

A találmány szerint a villamos kommutálást úgy oldottuk meg, hogy a kommutáló kapcsolás két első és második tranzisztort tartalmaz, ahol az első tranzisztor bázisa a második tranzisztor kollektorával, a második tranzisztor bázisa az első tranzisztor kollektorával közvetlenül össze van kötve, és az első tranzisztor kollektora és a második tranzisztor emittere közé ellenállás van kapcsolva, és a közös pont képezi a kommutáló kapcsolás egyik kimenetét, míg a második tranzisztor kollektora és az első tranzisztor emittere közé szintén egy ellenállás van kapcsolva, és a közös pontra egy további csatoló elem, célszerűen dióda vagy tranzisztor és ellenállás van kapcsolva és a csatoló elemnek a másik kivezetése képezi a kapcsolás további kimenetét és a két kimenet párhuzamosan van az állórésztekerccsel kapcsolva úgy, hogy a csatoló elem és az állórésztekercs közös pontja közvetlenül vagy ellenálláson keresztül kapcsolótranzisztor bázisára, és közvetlenül a kapcsolótranzisztor emitterére vagy kollektorára van kapcsolva.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy a tranzisztorok különböző rétegelrendezésű tranzisztorok.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy további előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy a tekercsáram kommutálása közvetlenül a csatolódi2 ódán keresztül vagy indirekt módon kapcsolótranzisztoron keresztül és az állórésztekercsen keresztül van megvalósítva.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés még egy további előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy a csatolódióda helyett csatolótranzisztor és ellenállás van beépítve.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés még egy további előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy az első és második tranzisztor teljesítménye kisebb, mint a bázisában vezérelt kapcsolótranzisztor teljesítménye.

Csatolóelemként a csatolódióda helyett egy csatoló tranzisztor és ellenállás is alkalmazható.

Ha az indirekt csatolás egy kapcsolótranzisztoron keresztül van megvalósítva, a kommutáláshoz alkalmazott kapcsoláson keresztül folyó áram annak az áramnak felel meg, amely a kapcsolótranzisztor vezérléséhez szükséges bázisáram, így a két tranzisztor a kapcsolótranzisztor a kapcsolótranzisztor áramerősítési tényezővel osztott kis árammal működik, ami lényegesen kisebb veszteségi teljesítményt jelent, mint amennyi a kapcsolótranzisztor teljesítmény.

A találmány előnye az, hogy a tekercs maga vezérli a mágneses terében tárolt energia leépítését a kommutálás során mégpedig függetlenül a motoráramtól és a kommutálási frekvenciától, így a tekercsenergia szinte teljes egészében forgatónyomatékká alakítható át. Mivel a kapcsolási elrendezés külön kondenzátor és/vagy járulékos induktivitás nélkül van kiképezve, az egész kapcsolási elrendezés könnyen integrálható. A kommutálást végző kapcsolási elrendezés a tekercsre, azaz villamosán kommutált motorok esetében az állórésztekercsre helyezhető el, ahol mind a pozitív mind a negatív feszültség ill. félhullám megjelenik. A kommutálás során csak igen kis amplitúdójú feszültség indukálódik, és így az állórésztekercsek transzformátoros hatása miatt a tachofeszültségre és a többi állórésztekercsre csak kis zavaróimpulzus szuperponálódik.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezést a továbbiakban példakénti kiviteli alakjai segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben. Az

1. ábrán látható a találmány szerinti kommutáló kapcsolási elrendezés elvi vázlata, a

2. ábrán látható a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy direkt csatolt példakénti kiviteli alakja, a

3. ábrán látható egy olyan kiviteli alak, ahol a csatolás indirekt, a diódán és egy kapcsolótranzisztoron keresztül, a

4. ábrán látható egy további kiviteli alak, ahol a csatolás tranzisztor segítségével kapcsolótranzisztoron keresztül történik.

A találmány elvének lényegét, azaz a tekercsenergia leépítését, a továbbiakban a kommutáló kapcsolást, az 1. ábrán láthatjuk.

Az elvi kapcsolási elrendezés tartalmaz 1 és 2 tranzisztort, 3 és 4 ellenállásokat és 5 csatolódiódát. A kommutálás úgy kezdődik, hogy a 2. ábrán látható 6 kapcsolótranzisztor zár, azaz a J, tekercsáramot megszakítja és ezáltal a 7 állórésztekercsben igen nagy meredekségű U, feszültségimpulzust

189 523 indukál. Ennek az U, feszültségimpulzusnak a felfutási ideje alatt az 5 csatolódiódán keresztül az 1 és 2 tranzisztorok rétegátmeneteinek zárórétegkapacitása ellenkező irányú árammal töltődik. Az itt fellépő áttöltőáram a 3 és 4 ellenállásokon egy olyan feszültséget hoz létre, amely az áttöltőárammal és így a töltés idejével is arányos lesz.

Az áttöltés időtartama az indukált U_t feszültségimpulzus meredekségével arányos oly módon, hogy nagyobb meredekségnél az 1 és 2 tranzisztorok rétegátmeneteinek zárórétegkapacitása áttöltési ideje egy előre megadott feszültségre töltődik és így az áttöltőáram is megnő. Egy adott értékű meghatározott feszültségmeredekségig az áttöltőáram elfolyik a 3 és 4 ellenállásokon. Ha azonban az indukált feszültség következtében a feszültség meredeksége megnő, a 3 és 4 ellenállásokon a feszültségesés nagyobb lesz, mint az 1 és 2 tranzisztorok bázisemitter feszültsége. Ekkor a töltőaram egy része az 1 és 2 tranzisztorok bázis-emitter átmenetein folyik el, mint bázisáram. Ennek következtében az 1 és 2 tranzisztorokon kollektoráram fog folyni. Ezek a kollektoráramok hozzáadódnak az áttöltőáramhoz. Ezen áramösszegező következtében az 1 és 2 tranzisztorok további ellenirányú vezérlése jön létre, amely egy letöréshez hasonló jelenséget idéz elő egy olyan időpillanatban, amelyet az 1 és 2 tranzisztorok kapcsolási ideje határoz meg.

Az alatt az idő alatt, amely idő a 6 kapcsolótranzisztor zárásától az 1 és 2 tranzisztorokból és a 3 és 4 ellenállásokból álló kommutáló kapcsolás teljes átkapcsolásáig tart, a J, tekercsáram a 7 állórésztekercs igen kis értékű tekercskapacitásán folyik át, és egy igen nagy meredekségű kommutáló U, feszültségimpulzust hoz létre, amely a kommutáló kapcsolás fent leírt átkapcsolásához és ezáltal a J, tekercsáram átviteléhez vezet. Ebben a szabadonfutó áramkörben a tekercsben tárolt energia hatásos teljesítményként fejti ki hatását és a motornál mint forgatónyomaték jelentkezik, míg a 7 állórésztekercsen keresztül az annyira le nem csökken, hogy az állórésztekercs által indukált kommutáló U, feszültségimpulzus az eredeti „e” feszültség őszszege a kommutálókapcsolás nyitófeszültége. A 7 állórésztekercsen az I, áram önmagától vezérelten annyira lecsökken, hogy abban az időpillanatban, amikor a 7 állórésztekercs mágneses terében tárolt energia teljesen megszűnik, a 7 állórésztekercs feszültsége kisebb lesz mint a kommutáló kapcsolás nyitófeszültsége. A kommutáló kapcsolás tehát abban az időpillanatban zár, amikor a 7 állórésztekercs árama közel nulla. Ha a 3 és 4 ellenállásokon lévő feszültség kisebb mint az 1 és 2 tranzisztorok bázis-emitter feszültsége, akkor az 1 és 2 tranzisztorok ellenkező értelemben zárnak le. Ha ezt követően egy másik U_i feszültségimpulzus ismételten túllépi a megadott feszültségmeredekséget, a fenti folyamat ismételten és hasonlóan megismétlődik.

A 7 állórésztekercsben indukált U, feszültségimpulzus egy olyan értékre van korlátozva, amely az 5 csatolódióda nyitófeszültségéből vagy a 8 csatoló tranzisztor bázis-emitter feszültségéből és az 1 tranzisztor bázis-emitter feszültégéből valamint a 2 tranzisztor kollektor-emitter telítési feszültségéből vagy az 5 csatoló dióda nyitófeszültségéből vagy a 8 csatolótranzisztor és a 2 tranzisztor bázis-emitter feszültségéből és az 1 tranzisztor kollektor-emitter telítési feszültségéből valamint adott esetben a 6 kapcsolótranzisztork bázis-emitter feszültségéből adódik.

A 2. ábrán bemutatott példaként! kiviteli alak esetében a kommutáló áramkör közvetlenül van a 7 állórésztekercsre csatlakoztatva. Csatolóelemként az 5 csatolódióda van beépítve. Ennél a kapcsolási elrendezésnél az 1 és 2 tranzisztorok valamint a 6 kapcsolótranzisztor azonos teljesítményűre van megválasztva.

A 3. ábrán bemutatott példakénti kiviteli alak a 7 állórésztekercs egy gyakorlatban igen jól bevált csatlakoztatását mutatja a kommutáló kapcsoláshoz. A 2. ábrán bemutatott kiviteli alakkal ellentétben a csatolás indirekt és csatolóelemként az 5 csatolódióda van alkalmazva, amely 6 kapcsolótranzisztoron keresztül van a kommutáló áramkörrel összekapcsolva, és a kommutáló áramkör árama a 6 kapcsolótranzisztor áramerősítési tényezőjével osztott áram. Ezt a csatolási módot akkor célszerű alkalmazni, ha nagy tekercsáramot kell kommutálni. Ennek megfelelően természetesen ebben az esetben a 6 kapcsolótranzisztor megfelelően nagy teljesítményű tranzisztor kell legyen, míg az 1 és 2 tranzisztorok kisteljesítményű tranzisztorok lehetnek.

A 4. ábrán a találmány szerinti kapcsolási elrendezésnek a 7 állórésztekerccsel való összekapcsolása 'átható egy további példaként! kiviteli alakja segítségével. Ennél a kiviteli alaknál az 5 csatolódióda 8 csatolótranzisztoron és 9 csatolóellenálláson keresztül van a 7 állórésztekerccsel összekapcsolva. Ha a 6 kapcsolótranzisztorként egy megfelelő teljesítményű teljesítménytranzisztort alkalmazunk és megfelelően kihasználjuk a 8 csatolótranzisztor áramerősítési tényezőjét, akkor ezzel az elrendezéssel különlegesen nagy tekercsáramok is megszakíthatok. Az 1 és 2 tranzisztorok ebben az esetben kisteljesítményű tranzisztorok lehetnek.

Az 1. ábrán bemutatott elvi kapcsolás egy további előnye, hogy a kommutálandó áram iránya, valamint a még így keletkező kisértékű kommutálóimpulzus iránya tetszőleges lehet. így például a kommutáló impulzusok a 2. és 3. ábrán bemutatott példakénti kiviteli alakhoz képest lehetnek azzal ellentétesek, például a negatív tápfeszültséghez képest nem negatívak, hanem a + U_B feszültséghez indukált impulzusok. Ez akkor alkalmazható például, ha az alkalmazott kapcsolásnál például a zárórétegszigetelés miatt a - U₈ feszültséghez képest negatív feszültség nem jelenhet meg.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezésnél, ahogyan erre már a bevezetőben is utaltunk, nagy előny, hogy monolit integrált áramkör formájában egyszerűen integrálható.

Claims (4)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Kapcsolási elrendezés villamosán kommutált motorok állórésztekercseinek kommutálására, azzal jellemezve, hogy a kommutáló kapcsolás két

   -3189 523 első és második tranzisztort (1,2) tartalmaz, ahol az első tranzisztor (1) bázisa a második tranzisztor (2) kollektorával, a második tranzisztor (2) bázisa az első tranzisztor (1) kollektorával közvetlenül össze van kötve, és az első tranzisztor (1) kollektora és a második tranzisztor (2) emittere közé ellenállás (4) van kapcsolva, és a közös pont képezi a kommutáló kapcsolás egyik kimenetét, míg a második tranzisztor (2) kollektora és az első tranzisztor (1) emittere közé szintén egy ellenállás (3) van kapcsolva, és a közös pontra egy további csatoló elem, célszerűen dióda (5) vagy tranzisztor (8) és ellenállás (9) van kapcsolva és a csatoló elemnek a másik kivezetése képezi a kapcsolás további kimenetét és a két kimenet párhuzamosan van az állórésztekerccsel (7) kapcsolva úgy, hogy a csatoló elem és az állórésztekercs (7) közös pontja közvetlenül vagy ellenálláson keresztül a kapcsolótranzisztor (6) bázisára, és közvetlenül a kapcsolótranzisztor (6) emitterére vagy kollektorára van kapcsolva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a tranzisztorok (1,2) különböző rétegelrendezésű tranzisztorok.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a tekercsáram (I₂) kommutálása közvetlenül a csatolódiódán (5) kereresztül vagy indirekt módon kapcsolótranzisztoron (6) keresztül és az állórésztekercsen (7) ke¹⁰ resztül van megvalósítva.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csatolódióda (5) helyett csatolótranzisztor (8) és ellenállás (9) van beépítve.

   ^5 5. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az első és második tranzisztor (1,2) teljesítménye kisebb, mint a bázisában vezérelt kapcsolótranzisztor (6) teljesítménye.

   1 oldal rajz