183890. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés N fázisú léptetőmotor fázistekercsének táplálására, különösen a léptetőmotor gyorsulásának fokozására
1 183 890 2 kötve, továbbá a 4a fázistekercs, 2a dióda a 3a gyorsító kapcsolóelem közös pontja 9a védődióda katódjával van összekötve, mely utóbbi anódja a GND földpotenciálra van csatlakoztatva. A 4. ábra szerinti kapcsolási elrendezés további kiegészítését az 5. ábrán mutaljuk be, ahol a 3a gyorsító kapcsolóelemet és a 6a kiválasztó elemet egy-egy tranzisztorral valósítottuk meg, amelyeknek bázisai egy-egy potenciálelválasztást biztosító 10a meghajtóelemmel (szilárdtest relével) vannak összekötve, az első esetben annak kollektorával, a második esetben pedig annak emitterével, és így Darlington-kapcsolásként vannak kialakítva. Az első 10a meghajtóelem emittere a 3a gyorsító kapcsolóelemet képező tranzisztor kollektorával van összekötve, Ucc tápfeszültségre van kapcsolva, és bázisa AFC gyorsítófeszültség vezérlőjel bemenettel áll összeköttetésben. A második 10a meghajtóelem szintén Ucc tápfeszültségre van kapcsolva, bázisa viszont ASC kiválasztó vezérlőjel bemenettel van összekötve, kollektora pedig egymással párhuzamosan kapcsolt 12a ellenállásból és 13a kijelzőlámpából álló kijelző egységen keresztül az UT tápfeszültségre van kapcsolva, ahol a i2a ellenállás egyúttal a második 10a meghajtóelem (szilárdtest relé) munkaellenállása. A 6. ábra lényegében három darab, 2. ábra szerinti kapcsolási elrendezést tartalmaz, amelyek az Up gyorsítófeszültségnél, az UT tápfeszültségnél és a GND földpotenciálnál közösítve vannak. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés a következőképpen működik: Amikor egy, az ábrákon nem ábrázolt vezérlőegységgel a léptetőmotor valamelyik fázistekercsét, például az A fázishoz tartozó 4a fázistekercset kiválasztjuk, akkor az AFC gyorsítófeszültség vezérlőjel bemeneten illetve az ASC kiválasztó vezérlőjel bemeneten keresztül a potenciálelválasztást biztosító 10a meghajtóelemeket és a 3a gyorsító kapcsolóelemet illetve a 6a kiválasztó elemet (szilárdtest reléket) vezető állapotba hozzuk. Ekkor a 4a fázistekercsre rákapcsolódik az UF gyorsítófeszültség, amely az AFC gyorsítófeszültség vezérlőjel időtartamának megfelelő ideig meredeken növeli a 4a fázistekercs áramát. Az AFC gyorsítófeszültség vezérlőjel megszűnte után a 4a fázistekercsben folyó áram három összetevőből áll: — az la tárolókondenzátor töltőáramából, — a 8a kondenzátor kisülőáramából és — a 7a ellenálláson meginduló áramból. Ezek közül az első kettő zérussá válik, ha a harmadik eléri a 4a fázistekercs illetve az n fázisú léptetőmotor termikus határáramát, amikor az állandósult állapot létrejön és az UT tápfeszültségű vonal táplálja a 4a fázistekercset. Amikor az ASC kiválasztó vezérlőjel zérussá válik, a 6a kiválasztóelem kikapcsol. Ekkor a 4a fázistekercs árama az la tárolókondenzátoron, a leválasztó 2a diódán és az 5a szabadonfutó diódán folyik keresztül, tehát a 4a fázistekercs mágneses energiájának egy része az la tárolókondenzátorba kerül, ami feltöltődik, így nem keletkezhet túlfeszültség a rögzített potenciálok miatt. Mivel az la tárolókondenzátor kezdeti feszültsége közel azonos az Up gyorsítófeszültség értékével, a 4a fázistekercs áramának lefutása a felfutáshoz hasonlóan meredek. Belátható, hogy a fentiek szerinti (és az la ábrán látható) áramalak ideálisnak tekinthető. A kikapcsolás alatt a 4a fázistekercs energiájának jelentős részét visszanyerjük. Előnyös, ha az UF gyorsítófeszültség nagysága a 4a fázistekercs névleges feszültségénél egy nagyságrenddel nagyobb, így biztosítható a 4a fázistekercs mágneses energiájának gyors felemésztése, azaz az n fázisú léptetőmotor lengéseinek hatásos csillapítása. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés jelentős nyomatékkai tudja néhányszáz Hz léptetési frekvencia, mellett működtetni az n fázisú léptetőmotort akkor is, ha üzem közben az UF gyorsítófeszültség megszűnik. Ez könnyen belátható, hiszen a kikapcsolás alatt az la tárolókondenzátorba áramló energia az UF gyorsítófeszültség bekapcsolásakor visszakerül a motorba, így a kedvező áramalak az UF gyorsítófeszültség megszűnése ellenére is fennmarad, mert azt a motor saját maga előállítja. Ha az Up gyorsítófeszültség már a bekapcsoláskor nincs meg, tehát az la tárolókondenzátor energiamentes, a felső sín (az la tárolókondenzátor felső lemezének) feszültsége állandósult állapotban megegyezik az UT tápfeszültséggel. Amennyiben a fentiek szerint működtetjük a félvezető 3a gyorsító kapcsóelemet és a 6a kiválasztó elemet, akkor azt tapasztaljuk, hogy a felső sín feszültsége néhány periódusnyi játék után megnő, tehát a kapcsolás úgymond „felgerjed”, a kis UT tápfeszültség ellenére jelentős UF gyorsítófeszültség áll elő. Tehát valamely n fázisú léptetőmotor célszerűen alkalmazható Up gyorsítófeszültségét úgy állapíthatjuk meg, hogy csupán UT tápfeszültséggel tápláljuk a találmány szerinti kapcsolási elrendezést, viszonylag kis léptetési ütemmel - néhány száz Hz-es frekvenciával — vezéreljük a veszteségek kis értéken tartása érdekében, s a felső sín maximális feszültségét megmérjük. Az így megválasztott UF gyorsítófeszültség alkalmazása esetén a léptetőmotor vesztesége még kis értékű az ezzel a feszültségszinttel elérhető maximális léptetési frekvencia kihasználása esetén is, mely viszont nagy. Természetesen a kapcsolási elrendezés felső sínjére kapcsolható az ajánlottnál lényegesen nagyobb szintű UF gyorsítófeszültség is a maximális léptetési frekvencia növelése érdekében, azonban a motor veszteségei rohamosan nőnek, az elosztott szórt reaktans elemek hatása erőteljes lesz, a kialakuló áramalak erősen eltér az ideálistól, végülis a megnövekedő veszteségek miatt csak szakaszos üzemben működtethető, növelt feszültségű alkalmazása esetén, maximális frekvenciájú léptetés mellett. Az n fázisú léptetőmotor start-stop üzemű felhasználása esetén az elérhető legnagyobb működési frekvencia éppen a fentiek szerint megválasztott UF gyorsítófeszültség alkalmazásával érhető el. A félvezető elemek feszültségigénybevétele a minden állapotban rögzített potenciálok miatt nem nagyobb az éppen alkalmazott UF gyorsítófeszültségnél. A félvezetők áram igény bevételét az n fázisú léptetőmotor névleges termikus határárama határozza meg, nem szükséges a kétszeres határáramnál nagyobb áramú elemek alkalmazása. Mivel a félvezető aktív elemek, azaz a 3a gyorsító kapcsolóelem, a 6a kiválasztó elem és a 10a meghajtó elemek erősen telített kapcsoló üzemmódban működnek, így a vezető állapotban bennük keletkező veszteség kicsi. Ha kis méretben építjük meg a kapcsolási elrendezést, s ügyelünk az induktivitásszegény huzalozásra, úgy a kapcsoló elemekben kikapcsoláskor sem lép fel számottevő veszteség, tehát azok természetes állapotban, hűtőborda nélkül szerelhetők. Termikus igénybevétele elsősorban a 2a leválasztó diódának van, hiszen vezetőirányú 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
