203623. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés lüktető egyenfeszültséggel táplált egyenáramú motor kapcsolóüzemü vezérlésére
1 HU 203 623 B 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés lüktető egyenfeszültséggel táplált egyenáramú motor kapcsolóüzemű vezérlésére, amely kapcsolási elrendezésben váltakozőáramú feszültségforrásra kapcsolt vezéreletlen egyenirányító pozitív kimenete vezérelt kapcsolón keresztül áramirányváltó egyik bemenetére, míg a vezéreletlen egyenirányító negatív kimenete egyrészt ellenálláson keresztül az áramirányváltó másik bemenetére van kötve, és az áramirányváltó kimenetei egyenáramú motorra csatlakoznak, továbbá a vezéreletlen egyenirányítóra csatlakozó ellenállásnak az áramirányító másik bemenetére kötött kivezetése egyúttal Schmidt-triggeres áramfigyelő egységen keresztül vezérlő egység egyik bemenetére csatlakozik, amely vezéflő egység egyik kimenete a vezérelt kapcsoló vezérlő bemenetére van kötve. Műit ismeretes, a lüktető egyenfeszültséggel táplált párhuzamos vagy állandómágneses gerjesztésű egyenáramú motorok hajtása során sok esetben merül fel az az igény, hogy az indításnál fellépő áramlökést korlátozzák, az egyenáramú motor által mozgatott készülék végállását külső jeladó nélkül az indukált feszültség útján érzékeljék és így kapcsolják ki a motort. A párhuzamos vagy állandómágneses gerjesztésű egyenáramú motorok táplálásához, az energiát kevés kivételtől eltekintve a váltakozóáramú hálózat egyenirányítása útján nyerik. Az egyenirányító kapcsolás lehet vezéreletlen egyenirányító, amelyben az egyenfeszültség arányos a váltakozófeszültséggel, vagy vezérelt egyenirányító, ez esetben az egyenfeszültség a váltakozófeszültséggel arányos maximális értéktől kiindulva folyamatosan csökkenthető. Ilyen kapcsolásokat ismertet pl. MARTI Sándor: Erősáramú elektronika (Műszaki Könyvkiadó, 1981.) c. könyve a 79-104. oldalon. A diódákból felépülő vezéreletlen egyenirányító kapcsolás olcsó és egyszerű felépítése ellenére azért nem terjedt el széles körben az egyenáramú motorok táplálása, mert az indításnál fellépő áramlökést csak kiegészítő elemek, pl. előtét ellenállások felhasználásával lehet csökkenteni, valamint az egyenirányító által szolgáltatott egyenáramnak nagy a felharmonikus tartalma. A felharmonikusok nem vesznek részt a nyomaték képzésében, ezért azonos áramközépérték, illetve nyomaték mellett nő az áram effektiv értéke, és ezzel a gép melegedése. Az áram felharmonikus tartalmát a tápláló hálózat adott 50 vagy 60 Hz-es frekbenciája miatt csak nagyméretű fojtótekerccsel lehet csökkenteni. Énre vonatkozó adatokat pl. Joachim, H.: Stromrichtergespeiste Gleichstromantriebe- Grundlagen-Anwendungsgebiete-Beispiele (I) Machine 35.k. 12.sz. 1981.24-25. oldalán lehet telálni. A tirisztorokat tartalmazó vezérelt egyenirányító bonyolultabb kapcsolás az előbb említett vezéreletlen egyenirányítónál, de rendelkezik azzal az előnnyel, hogy változtatható a kimeneti feszültsége, így indításnál szabályozható az indító áram nagyasága, valamint a kimeneti feszültség arányában a motor fordulatszáma. Hátránya azonban ennek a kapcsolásnak is, hogy a táplálását 50-60 Hz-es hálózat végzi, így az egyenáramú hullámosságát korlátozó simító fojtótekercs nagy értékűre adódik. Ez némileg csökkenthető, ha növelik a vezérelt egyenirányító fázisszámát, de a tirisztorok vezérlőegységét ilyenkor még az is bonyolítja, hogy az egyenáramú motor belső feszültségű terhelésnek számít. A tirisztorokkal felépülő vezérelhető egyenirányító másik hátránya, hogy a túlterhelés pillanatában a tirisztor nem kapcsolható ki, így azt úgy kell méretezni, hogy a túlterhelést addig elviselje, amíg negaü'v anódfeszültség nem jut rá. A félvezető gyártás fejlődésével megjelentek olyan nagyteljesítményű kapcsolótranzisztorok amelyek alkalmazásával a kis és közepes teljesítményű egyenáramú motorok hajtásának előbb említett hibái nagymértékben csökkenthetők. Mivel a kapcsolótranzisztorral elérhető kapcsolási frekvencia nagyságrendekkel nagyobb a hálózati frekbenciánál, az áram hullámosságát csökkentő induktivitás olyan kis értékű lehet, hogy megfelel az egyenáramú motor belső induktivitása és nem kell simító fojtótekercset alkalmazni. A kapcsolótranzisztor alkalmazása szükségtelenné teszi az áramtúlterhelésre való méretezést a gyors határáram felismerés és kikapcsolás miatt. Az említettek Dünwald, J. - Broch, W.: Drehzahlregelung von Gleischstrommaschinen mit Transistor-Gleichstromsteller. Elektrotechnik, 63.k.22.sz. 16-23. oldalakon találhatók meg bővebben. Ha az egyenáramú motor hajtása nem igényel fordulatszám szabályozást és stabilizálást, csak a maximális áram korlátozása és az egyenáramú motor ki-be kapcsolása szükséges, akkor ez a diódákból felépített vezéreletlen egyenirányítóhoz kapcsolt kapcsolótranzisztorral, áramfigyelő és kapcsolótranzisztort vezérlő egységgel és a kapcsolótranzisztor kikapcsolt állapotában vezető nulldiódával valósítható meg. A kapcsolás úgy működik, hogy indítójel után a kapcsolőtfhnzisztor zár és rákapcsolja az álló egyenáramú motorra a vezéreletlen egyenirányító pillanatnyi feszültségét. Az egyenáramú motor induktivitása miatt az áram nem ugrásszerűen, hanem adott meredekséggel növekszik, amit az áramfigyelő egység érzékel és ha az áram eléri a beállított maximumot, a kapcsolótranzisztor vezérlő egységen át kikapcsolja a kapcsolótranzisztort. Ekkor az egyenáramú motor induktivitása a nulldiódán és az áramfigyelő egységen keresztül hajtja az időben csökkenő áramot Mivel az áramkör kapcsolóüzemben dolgozik, az áramfigyelő egységnek hiszterézissel kell rendelkeznie, hogy a kapcsolótranzisztor visszakapcsolását a maximális áramnál kisebb minimális áram elérésekor hajtsa végre. Az áram hatására kialakuló nyomaték forgásba hozza az egyenáramú motort, és a kezdetben nulla értékű indukált feszültség is elkezd nőni a fordulatszámmal arányosan. Ilyenkor áram csak akkor folyik, ha a tápláló feszültség pillanatnyi értéke nagyobb az indukált feszültségnél. A kapcsolótranzisztor zárvatartási és nyitvatartási ideje függ a tápláló feszültség és indukált feszültség pillanatnyi értékétől, amit az (a), (b) képlet fejez ki, ha az egyenáramú motor belső ellenállását nullának, a félvezetőket ideálisnak vesszük. (a) tx = (L/u-Uj )■ (Ij — Iq) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
