Устройство для стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока

 

Изобретение относится к устройствам для стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ). Использование: в электроприводах различных устройств воспроизведения информации на различных носителях, в частности в электроприводах для автомобильных магнитол. Сущность: устройство содержит два датчика Холла, взаимодействующих с постоянным магнитом ротора БДПТ, коммутатор, соединенный входными выводами с датчиками Холла, выходными - со статорными обмотками БДПТ, усилитель рассогласования, выходом соединенный с управляющим входом коммутатора, а входом - с преобразователем переменного тока в постоянный, выполненным в виде схемы измерения прохождения мимо датчика Холла одной пары полюсов ротора, вход преобразователя соединен с выходом формирователя импульсов, вход которого соединен с одним из датчиков Холла, а усилитель рассогласования выполнен на полевом транзисторе с высоким входным сопротивлением. В результате обеспечивается повышение КПД и стабилизации частоты вращения, а также уменьшение времени регулирования. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах электропроигрывающих устройств, накопителей информации на магнитных и других носителях персональных компьютеров, лазерных проигрывателях компактдисков, а также в электроприводах для магнитофонов, в частности для автомобильных магнитол.

Известен стабилизатор скорости бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ) типа БДС-0,2 ИС [1] который содержит тахогенератор, трехфазный выпрямительный мост, сглаживающий конденсатор, опорный стабилитрон, усилитель-регулятор, управляющий силовыми ключами.

Недостатком известного стабилизатора является сложность конструкции, обусловленная наличием тахогенератора.

Известно устройство для определения частоты вращения электродвигателя [2] содержащее ротор, рабочие обмотки, измерительные магнитные полюса, измерительную обмотку.

Недостатком устройства является наличие двух систем полюсов и обмоток, усложняющих конструкцию электродвигателя.

В предлагаемом устройстве устраняются указанные недостатки путем введения формирователя импульсов из сигнала датчика Холла, выполнения преобразователя переменного тока в постоянный в виде схемы измерения и запоминания интервала времени прохождения мимо датчика Холла одной пары полюсов ротора, выполнение усилителя рассогласования на полевом транзисторе с высоким входным сопротивлением.

Совокупность введения новых узлов схемы и особенность выполнения составных узлов исключает влияние на стабильность частоты вращения следующих дестабилизирующих факторов: нестабильность датчика Холла, нестабильность постоянного магнита ротора, нестабильность зазора магнитной цепи.

Предложенное построение преобразователя переменного напряжения в постоянное устраняет необходимость применения интегрирующих цепей для сглаживания пульсаций постоянного напряжения, что позволяет уменьшить время регулирования, особенно при низких частотах вращения ротора.

Кроме того, схема предлагаемого устройства не критична к форме сигнала, вырабатываемого датчиком Холла, что позволяет оптимизировать конструкцию двигателя с целью получения максимального КПД.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока, содержащее два датчика Холла, взаимодействующих с постоянным магнитом ротора двигателя, коммутатор, соединенный входными выводами с датчиком Холла, выходными со статорными обмотками двигателя, усилитель рассогласования, выходом соединенный с управляющим входом коммутатора, а входом с преобразователем переменного тока в постоянный, введен формирователь импульсов, входом соединенный с одним из датчиков Холла, а преобразователь переменного тока в постоянный выполнен в виде схемы измерения и запоминания интервала времени прохождения мимо датчика Холла одной пары полюсов ротора, вход преобразователя соединен с выходом формирователя, усилитель же рассогласования выполнен на полевом транзисторе с высоким входным сопротивлением.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 вариант выполнения преобразователя переменного тока в постоянный.

Устройство для стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока содержит датчики Холла 1 и 2, взаимодействующие с постоянным магнитом 3 ротора двигателя, коммутатор 4, соединенный входными выводами соответственно с датчиками Холла 1 и 2, а выходными со статорными обмотками 5 и 6 двигателя, усилитель рассогласования 7, выполненный на полевом транзисторе 8, исток которого через резистор 9 соединен с положительной клеммой питания 10, затвор транзистора соединен с корректирующим звеном 11, второй вывод которого соединен со стоком транзистора, с регулирующим входом коммутатора 4 и через резистор 12 с отрицательной клеммой питания 13. Затвор транзистора 8 через резистор 14 соединен с выходом преобразователя 15 переменного тока в постоянный, подключенного к постоянному источнику питания (клеммы 10 и 13), имеющего вход переключения частоты вращения 16 и входом соединенного с выходом формирователя импульсов 17, выполненного на транзисторе 18, эмиттер которого соединен с первым выходным выводом, а база через резистор 19 со вторым выходным выводом одного из датчиков Холла (2). К базе и к коллектору транзистора 18 подключены соответственно резисторы 20 и 21, вторые выводы которых подключены к отрицательной клемме питания 13.

В конкретном варианте коммутатор 4 выполнен на микросхеме типа КР1023ХА2А.

Преобразователь 15 (фиг. 2) состоит из формирователя импульсов пилообразного напряжения 22, усилителя напряжения 23, эмиттерного повторителя 24, транзисторного ключа 25, запоминающего конденсатора 26.

Формирователь импульсов пилообразного напряжения 22 выполнен на транзисторе 27 n-p-n-типа проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательной клеммой питания 13, коллектор через конденсатор 28 с отрицательной клеммой питания 13 и через резистор 29 и цепочку-диод 30, резистор 31 соединен с подвижным контактом потенциометра 32, включенного между положительной и отрицательной клеммами питания 10 и 13. База транзистора 27 через резистор 33 подключена к отрицательной клемме питания 13, а через дифференцирующий конденсатор 34 к выходу формирователя 17. К точке соединения анода диода 30 и резистора 31 подключен анод диода 35, катод которого является входом переключения частоты вращения 16.

Усилитель напряжения 23 выполнен на транзисторе 36 n-p-n-типа проводимости, эмиттер которого через резистор 37 соединен с отрицательной клеммой питания 13 и через цепочку, состоящую из последовательно включенных термокомпенсирующего диода 38 и резистора 39, с положительной клеммой питания 10, причем с эмиттером транзистора 36 соединен катод термокомпенсирующего диода 38, коллектор транзистора 36 через резистор 40 соединен с положительной клеммой питания 10, а его база является входом усилителя напряжения 23. Коллектор является выходом усилителя напряжения 23 и соединен с входом эмиттерного повторителя 24, выполненного на транзисторе 41 р-n-p-типа проводимости, эмиттер которого является выходом повторителя 24 и через резистор 42 соединен с положительной клеммой питания 10, а коллектор с отрицательной клеммой питания 13.

Транзисторный ключ 25 выполнен на транзисторе 43 p-n-p- типа проводимости, эмиттер которого соединен с выходом эмиттерного повторителя 24, а коллектор через запоминающий конденсатор 26 с отрицательной клеммой питания 13. База транзистора 43 через цепочку резистор 44, конденсатор 45 соединена с выходом формирователя 22. Между базой и эмиттером транзистора 43 включен резистор 46, а между выходом эмиттерного повторителя 24 и отрицательной клеммой питания 13 включен конденсатор 47, заряд с которого через кратковременно открытый ключ 25 переносится на запоминающий конденсатор 26.

Конденсатор для стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя работает следующим образом. При подаче напряжения питания на клеммы 10 и 13 в преобразователе 15 происходит следующее. Конденсатор 28 заряжается через цепь: потенциометр 32, резистор 31, диод 30, и через цепь: резистор 32, резистор 29. Когда напряжение на конденсаторе 28 превысит напряжение открывания транзистора 36, напряжение на базе транзистора 41, а, следовательно, и на его эмиттере падает. Транзистор 43, работающий в этом случае в инверсном режиме, разряжает конденсатор 47, и на выходе преобразователя 15 устанавливается низкий потенциал. В результате чего с усилителя рассогласования 7 подается напряжение на управляющий вход коммутатора 4. Таким образом обеспечивается запуск двигателя. Ротор с постоянным магнитом 3 приводится во вращение. Сигнал датчика Холла 2 подается на вход формирователя импульсов 17, с выхода которого импульсы поступают на вход преобразователя 15. При прохождении переднего фронта импульсов через дифференцирующий конденсатор 34 транзистор 27 разряжает конденсатор 28, на котором формируется напряжение пилообразной формы, амплитуда которого зависит от частоты следования импульсов. С выхода формирователя 22 импульсы пилообразной формы поступают на вход усилителя 23. Усиленный и проинвертированный сигнал поступает на эмиттерный повторитель 24, который периодически разряжает конденсатор 47 на величину, зависящую от амплитуды импульсов пилообразной формы. В момент окончания рязряда конденсатора 47 и начала его заряда через резистор 42 напряжение с него через ключ 25 под действием короткого импульса, формируемого конденсатором 45, передается на запоминающий конденсатор 26. Таким образом на выходе преобразователя 15 формируется постоянное напряжение, пропорциональное частоте прохождения пар полюсов мимо датчика Холла 2. Усилитель рассогласования 7 при увеличении частоты вращения снижает напряжение на управляющем входе коммутатора 4. Таким образом поддерживается постоянная частота вращения ротора. Для улучшения качества регулирования в усилитель рассогласования 7 введено корректирующее звено 11.

Наличие входа переключения частоты вращения 16 позволяет в конкретном варианте исполнения реализовать две частоты вращения ротора, задаваемые логическим нулем и логической единицей. При логическом нуле на входе 16 конденсатор 28 заряжается через цепь: потенциометр 32, резистор 29. При этом ток через диод 30 не протекает. Переключение на повышенную частоту вращения происходит при смене логического нуля на входе 16 на логическую единицу. При логической единице на входе 16 конденсатор 28 заряжается суммарным током через цепь: потенциометр 32, резистор 29, и цепь: резистор 32, резистор 31, диод 30. За счет этого импульсы пилообразного напряжения достигают порога открывания транзистора 36 быстрее, что приводит к переходу на повышенную частоту вращения.

Возможность стабилизации двух частот вращения и логического управления существенно расширяет функциональные возможности электродвигателя, так как позволяет при помощи достаточно простой кинематической схемы реализовать, например, такие функции, как ускоренная перемотка магнитной ленты или ускоренный поиск нужного фрагмента информации на магнитной ленте или других носителях информации.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока, содержащее два датчика Холла, взаимодействующих с постоянным магнитом ротора двигателя, коммутатор, соединенный входными выводами с датчиками Холла, выходными со статорными обмотками двигателя, усилитель рассогласования, выходом соединенный с управляющим входом коммутатора, а входом с преобразователем переменного тока в постоянный, отличающееся тем, что в него введен формирователь импульсов, входом соединенный с одним из датчиков Холла, а преобразователь переменного тока в постоянный выполнен в виде схемы измерений и запоминания интервала времени прохождения мимо датчика Холла одной пары полюсов ротора, вход преобразователя соединен с выходом формирователя импульсов, причем усилитель рассогласования выполнен на полевом транзисторе с высоким входным сопротивлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2