200865. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés motorok strukturálisan labilis fordulatszámának szabályozására és beállított fordulatszámon való stabilizálására
HU 200865 B A találmány tárgya kapcsolási elrendezés motorok strukturálisan labilis fordulatszámának szabályozására és beállítására, amely kapcsolási elrendezésben meghajtó egység(ek) szabályozott egységre varinak) kötve és a szabályozott egység kimenete egyrészt a kapcsolási elrendezés kimenete, másrészt digitális sebességérzékelőn keresztül referenciajel bemenetű digitális komparátorra van visszacsatolva. Mim ismeretes, egyes alkalmazásoknál olyan fordulatszám beállításra és szabályozásra van szükség, ahol viszonylag nagy fordulatszám tartományon belül kell változó nyomatékterhelések esetén is a fordulatszámot kis lépésekben változtatni és a szabályozó segítségével tartani. Ilyen esetekben stabil fordulatszámú motorok alkalmazása rendkívül nehézkes vagy nem oldható meg. Ilyen igény jelentkezhet pl. szabadtéri mozgató mechanizmusoknál. Példaképpen említjük meg a TV kamerák mozgató mechanizmusát, ahol egyenletes hajtásra van szükség, az indítás utáni gyorsítás, valamint a megállás előtti lassulás is „lágy, továbbá a mozgatás adott szögek (pozíciók) között történik. A változó terhelési körülmények (szél, madarak, lefagyás stb.) következtében esetenként a normális üzemi nyomaték többszörösére van szükség. Ilyen szélsőséges esetben sokszor már nem a sebességtartás a döntő, hanem az adott szöghelyzet (pozíció) elérése, amelyet nagy terhelés esetén léptetőmotorral sem lehet megvalósítani, mert lépéstévesztés fordulható elő. így tehát a szoghelyzet visszajelzésére is szükség van, ugyanakkor a fordulatszámjelzés, amelyre a nyomaték-szabályozás miatt van szükség, már nem jelent külön feladatot, mert e két jellemző mérése ugyanazon eljárást igényli A találmány célja tehát olyan fordulatszámszabályozási mód kialakítása, amely sokféle strukturálistűi labilis fordulatszámú villamos motor esetén is alkalmazható, és a szabályozott fordulatszámtartományon belül a járása rángatásmentes. Miután a fordulatszámérzékelők nem adnak folyamatos jelet, az átlagképzési holtidők csökkentésiére kis — különösen az alacsony fordulatszámoknál el nem hanyagolható — holtidejű digitális sebességérzékelők használata lenne kívánatos. A digitális vezérlés mellett ismert előnyök szólnak, és alkalmas arra, hogy kis sebesség esetén be- nagy sebesség esetén pedig kikapcsolja a hajtást. Ilyenkor a motor a szükségesnél erősebb is lehet, a lényeges az, hogy az átlagnyomaték megfelelő legyen. A csak digitális jellegű kapcsolgatás hátránya, hogy az erős, gyors felfutású motor használata esetén a motor járása—különösen kis fordulatszámokon —rángatódzóvá válik. Ezt a jelenséget a sebességérzékelés holtidejének csökkentésével lehet csökkenteni. Ehhez viszont sűrű fordulatszám visszajelzés szükséges, ami elvben igen, azonban a gyakorlatban fizikai mérethatárok miatt nem kivitelezhető. A fordulatszám érzékelés tipikus megoldása a forgó tengelyre szerelt, érzékelhető módon beosztott tárcsa. Belátható, hogy a beosztások sűrűségét nem lehet akármeddig növelni a méretének növe1 lésé nélkül. így a kapott visszajelző impulzusok frekvenciája tehát korlátozott, ami elsősorban lassújárásnál mutatkozik meg. Ehhez hozzájárul még, hogy kisebb fordulatszámon a relatív ingadozás azonos abszolút ingadozás mellett is nagyobb, tehát jobban észrevehető. A fordulatszám ingadozás és tartás javítása ezek alapján a gyorsító nyomaték csökkentésével, és a „lassító nyomaték csökkentésével lehetséges. Minél lassabb ugyanis a sebességváltoztatás sebessége, annál kevesebbet tér el a sebesség az érzékelési holtidők közben. A gyorsító vagy lassító nyomaték akkor kicsi, ha a motor által leadott teljes nyomaték az igényelt szükséges nyomaték közelében mozog. Az igényelt nyomaték a terhelés változása következtében — mint említettük — viszonylag nagy ingadozásnak lehet kitéve, de éppen ez a nagy ingadozás teszi szükségessé a motor által kifejthető teljes nyomaték korlátozatlanul hagyását. Ennek a feltételnek csak egy, a sebességérzékelő jelével vezérelt, önbeálló nyomatékszabályozás felelhet meg, mert a motor ki- és bekapcsolásával a nyomaték vagy nulla, vagy maximum lesz, azaz az eltérés a szükséges nyomatéktől mindkét irányban maximálissá válik. Ennek a problémának szokásos megoldása az, hogy az önbeálló nyomatékszabályozást analóg módon végzik el. A módszerrel járó hátrányok a következők: Lengő hajlamú szabályozókor jön létre, mivel a sebességérzékelő eleve késve érkező jele egy időállandó szerint módosítja a nyomatékot. Ehhez járul még a mechanikai időállandó (forgórész tömege stb.) is. így tehát két időállandós, lengő rendszer jön létre. A fordulatszám érzékelőből származó beavatkozó jel a fordulatszám (sebesség) valamilyen irányú eltérését érzékelve a nyomatékot a megfelelő irányba változtatja. A helyes nyomaték elérésekor azonban nem áll meg a nyomaték változtatása az említett időállandók miatt. A lengési amplitúdót az elektromos és mechanikus időállandók szabják meg az érzékelő késési idejével együtt. Az elektromos időállandó növelésével (a nyomaték lassabb változtatásával) az érzékelési holtidő szerepe csökken, de ez a reagálási időt is csökkenti. Látható tehát, hogy a szokásos megoldások a fennálló szabályozási igényt nem elégítik ki. Az említett ismert megoldások például Csáki- Ganszky-Ipsits-Marti: Teljesítmény elektronika. Műszaki Könyvkiadó, budapest, 1973. és Lehocky- Márkus-Mucsi: Szervorendszerek, követő szabályozók. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977. c. könyvekben kerültek ismertetésre. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy ha a nyomatékot egy digitális fordulatszám-komparátor (vagy sebességkomparátor) jelével — egy analóg módon beállított középérték körül — azonnal változtatjuk, akkor az analóg szabályozás előnyeinek megmaradása mellett megszűntethetek annak hátrányai, azaz megszűnik a lengés, míg a reagálási késés a szükséges és valós nyomaték távolságától oly módon válik függővé, hogy minél nagyobb a nyomatékok távolsága, annál nagyobb a ké2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
