Способ изменения направления вращения двигателя. Трехфазный двигатель с двухполупериодным управлением. Современные вентильные двигатели постоянного тока и их применение в приборном оборудовании

Рис. 4.1. Вентильный двигатель постоянного тока в разобранном виде:

I   - ротор на основе постоянного магнита:  2      обмотка:  3      элементы Холла стояннго тока. Конструкция современного вентильного двигателя очень близка к конструкции двигателя переменного тока, известной под названием синхронного двигателя с постоянными магнитами (рис. 4.1). Обмотки якоря являются частью статора, а ротор состоит из одного или нескольких постоянных магнитов. Обмотки вентильного двигателя выполняются такими же, как и обмотки многофазного двигателя переменного тока, однако общепринятой и наиболее эффективной конструкцией является трехфазная конструкция двигателя, работающая при двухполупериодном управлении (рис. 4.2).Вентильные двигатели постоянного тока отличаются от синхронных двигателей переменного тока тем, что первые содержат некоторые технические средства определения положения ротора (или магнитных полюсов) с целью выработки сигналов управления полупроводниковыми ключами. Наиболее распространенным датчиком положения является элемент Холла, однако в некоторых двигателях применяются оптические датчики положения.

Рассматривая модель простого трехфазного двигателя с однополу-периодным управлением, можно легко уяснить принцип действия вентильных двигателей постоянного тока. На рис. 4.2 показан двигатель такого типа, в котором в качестве датчиков положения ротора используются оптические датчики (фототранзисторы). Три фототранзистора РТ1, РТ2 и РТЗ, расположенные с интервалом 120° на периферии платы, последовательно освещаются с помощью вращающего затвора, установленного на валу двигателя.

Как видно из рис. 4.2, южный полюс ротора расположен напротив неподвижного полюса Р2 статора. При этом освещенный фототранзистор РТ1 включает транзистор VT1. На неподвижном полюсе Р1 статора создается южный полюс за счет протекания тока по обмотке W], который притягивает северный полюс ротора, заставляя ротор поворачиваться против часовой стрелки.

Рис. 4.2. Трехфазный вентильный двигатель постоянного тока с однополупериод-ной схемой управления:

1   - фототранзисторы;   2 - вал двигателя;   3       вращающийся затвор; N,   Sполюса ротора

При повороте ротора его южный полюс оказывается напротив неподвижного полюса статора PJ. Затвор, установленный на валу ротора, затемняет фототранзистор РТ1 и освещает фототранзистор РТ2; последний включает транзистор VT2. Протекающий по обмотке W2 ток создает южный полюс на неподвижном полюсе Р2, тогда северный полюс ротора повернется по стрелке и расположится напротив неподвижного полюса Р2. В этот момент затвор затемняет фототранзистор РТ2 и освещает РТЗ, что обесточивает обмотку W2 и включает обмотку W3. Поэтому неподвижный полюс Р2 размагничивается, в то время как неподвижный полюс РЗ намагничивается и становится южным полюсом. Следовательно, северный полюс ротора продолжит свое вращение от Р2 к РЗ. Ротор на постоянном магните будет непрерывно вращаться, если переключения транзисторов повторяются в последовательности, показанной на рис. 4.3.

4.1,1. Способ изменения направления вращения двигателя. Дня из-^Менения   направления   вращения  стандартного двигателя  постоянного

55

РТ1

РТ2

РТЗ

7                120 Угол		240 вращения	360              град
			I

Выходные сигналы фототранзисторов

Таблица 4.1, Последовательности включений для различных направлений вращения ротора

Элемен-	Вращение против часовой				Вращение по		часовой
ты схе-	стрелки				стрелке
	1	2	3	4	1	2	3	4
РТ1	1	0	0	1	1	0	0	1
РТ2	0	1	0	0	0	0	1	0
РТЗ	0	0	1	0	0	1	0	0
VT1	1	0	0	1	0	0	1	0
VT2	0	1	0	0	0	1	0	0
VT3	0	0	1	0	1	0	0	1

Время

Рис. 4.3. Последовательность переключений и  вращение магнитного поля статора: РТ1-РТЗ -фототранзисторы;       токи обмоток тока обычно изменяют полярность напряжения питания. Однако такой способ реверсирования вращения неприемлем для вентильного двигателя постоянного тока с полупроводниковыми ключами, например транзисторами, так как большинство полупроводниковых приборов имеют одностороннюю проводимость. Поэтому необходимо применять определенные схемотехнические решения для реверсирования вращения вентильного двигателя постоянного тока.

На рис. 4.3 показаны диаграммы выходных сигналов фототранзисторов (РТ1, РТ2, РТЗ) и входных сигналов транзисторов (VТ1, VT2, VТЗ), которые предназначены:

PTI- VT1 - для управления током в обмотке WI,

РТ2- VT2 — для управления током в обмотке  W2,

РТЗ- VT3 - для управления током в обмотке  W3.

Такое соединение транзисторов вызывает вращение ротора против часовой стрелки. При изменении соединений между транзисторами

56

(PT1-VT3,     РТ2-VT1,   РТЗ-VT2)      реверсируется вращение  ротора вентильного