189523. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés villamosan kommutált motorok állórésztekercseinek kummutálására
1 . 189 523 2 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 megvalósitását, 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 csatolódiódán 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
