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無線電子工学および電気工学の百科事典 可変周波数電気駆動。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
可変周波数の電気ドライブの最も単純なバージョンの機能図を図 1 に示します。
図 3 に示すように、互いに位相がシフトした方形パルスを使用して 2 相電気モーターに電力を供給します。
図 1 の回路の主な要素は、広範囲のクロック パルス周波数調整を備えたジェネレータです。 これらのパルスは 6 相信号形成器 (3 つの正相信号と XNUMX つの逆相信号) に送信され、電気モーターに接続されたパワー モジュールの動作を制御します。 供給電圧は整流器によって生成されます。 強力なモーターの場合、整流器は三相ネットワークから電力を供給されますが、低電力モーターの場合は単相ネットワークからの電力で十分です。 同調可能発生器回路の最初のバージョンを図 3 に示します。
ジェネレーターは KR1006VI1 タイマーに基づいて構築されています。 このようなジェネレーターについては、[2] で説明されています。 図 3 の回路で生成されるパルスの周波数は、次の式で表されます。 F=1,46/(R1+R2+2R3)C. 周波数調整（3 Hz ～ 3000 Hz）は、ポテンショメータ R1 の調整（1 回）とスイッチ SA500 の位置の切り替え（6 回）により手動で行われます。 6相コンバータは周波数を0,5分周するため、500Hz～XNUMXHzの周波数をモーターに供給できます。 モーターを低速から高速まで加速する必要がある場合は、図 3 の回路でスイッチ SA1 を使用して周波数を徐々に上げることができます。 この方式の欠点は、周波数が急激に増加することです。 自動モードで周波数をスムーズに増加させるには、電圧-周波数変換器が適しています [3]。 国内産業は、そのようなコンバーターの 1108 つのタイプ、つまり K1PP10 マイクロ回路のみを製造しました。 この超小型回路には多くの欠点があります。周波数範囲が最大 15 kHz までしかなく、バイポーラ電源は ±1 V です。しかし、電気モーターに電力を供給するのには非常に適しています。 図 4 の回路の DAXNUMX マイクロ回路の出力パルスの周波数は、次の式で決定されます。 =Uin/(kIoR5C2), ここで、定数パラメーターの値は次のとおりです。Io= 1 mA、k=75kOhm。
図に示されている定格では、周波数は F=34Uin、つまり 15Uin です。 最大入力電圧 +500 V では、約 2 Hz になります。 より広い周波数範囲を得るには、容量 CXNUMX を比例的に小さくする必要があります。 このスキームは次のように機能します。 電源がオンになると、コンデンサ C1 は抵抗 R2 を介して充電を開始します。 これらの定格での充電回路の時定数は 20 秒です。 オーバークロック プロセス全体には約 XNUMX 分かかります。 高インピーダンス回路とコンバータの入力を整合させるために、電界効果トランジスタ VT1 にソースフォロワが取り付けられています。 電界効果トランジスタの入力特性にはカットオフ電圧のばらつきがあるため、ポテンショメータR3で調整を行っています。 コンデンサ C1 をピンセットで短絡し、VT1 のソース電圧をゼロにする必要があります。 ポテンショメータ R1 は、最大生成周波数を設定するために使用されます。 コンデンサ C1 を取り外し、周波数メーターを使用して必要な最大周波数を設定します。 図5に、図2のシグナルコンディショナーの図を示します。
この回路はカウンタ デコーダ DD1 で構成されており、デコーダの 6 つの位置が信号の生成に使用され、6 番目の位置から信号がカウンタをリセットするように設定されます。 その変換係数は 2 です。図 XNUMX からわかるように、A 相信号を生成するには、デコーダの最初の XNUMX つの位置 (B 相の場合は XNUMX 番目から XNUMX 番目までの位置)、C 相の場合はデコーダの最初の XNUMX つの位置を組み合わせる必要があります。 XNUMX番目、XNUMX番目、そしてXNUMX番目。 図 6 は、6 つの VT1-VT6 ドライバーで構成される、三相モーターに電力を供給するための電源モジュールを示しています。
各相には 1 つのドライバが使用されます。たとえば、A 相の場合、上アーム ドライバは VT2、下アーム ドライバは VT6 です。 逆位相信号はドライバー入力に供給されます。上の信号は A ダイレクト、下の A は反転されます。 そのため、6 相信号が必要になります。 バイポーラ パワー トランジスタと電界効果パワー トランジスタの両方をドライバとして使用できます。 多くの企業が 363 つのドライバーを 4 つのパッケージに収めたモジュールを製造しています。 たとえば、International Rectifier は CPV600M50 モジュールを製造しています。 パラメータ: 最大コレクタ-エミッタ電圧 1 V、最大パルス電流 3 A。抵抗 RXNUMX ～ RXNUMX は電流センサーであり、それらからの電圧はモード制御ユニットに供給される必要があります。 ご覧のとおり、パルス状の三相電圧でモーターに電力を供給することは、実際には非常に簡単に実装できます。 ただし、これは低出力モーターにのみ適しています。 たとえば、ビデオ カメラやビデオ レコーダでは、テープを進めたり、回転ヘッドのブロックを回転したりするために、三相小型電気モーターが使用されます [4]。 これらはパルス三相電圧によって駆動され、BVG XRA6459P1 モーター ドライバーなどの特別なマイクロ回路がこのために開発されました。 より強力なモーターの場合は、正弦波に近い電圧を生成する必要があります。 方形波電圧は大きな寄生電圧サージを引き起こし、絶縁破壊を引き起こす可能性があります。 図 7 は、正弦波信号の XNUMX レベル近似を示しています。
この場合、信号は 1 つの方形シーケンス A2 と A7 を加算することによって形成されます。 図 360 からわかるように、これらの信号を生成するには、12 度の間隔を 5 の部分に分割する必要があります。 したがって、図 5 のようにカウンタチップ 3 つでは不十分になります。 論理要素の数は 6 倍になります。 図 XNUMX のドライバーを XNUMX つの集積回路上に組み立てることができる場合、XNUMX レベルのドライバーの場合は XNUMX つの集積回路が必要になります。 ドライバーについては別の質問です。 以前のバージョンでは、ドライバーはスイッチ モードで動作し、トランジスタは飽和するまでロックまたはオープンしていました。 この場合、トランジスタの発熱は非常に小さく、ヒートシンクは必要ありません。 例を見てみましょう。 電源電圧 60 V、飽和モードでの動作電流 10 A。 トランジスタがロックされている場合、トランジスタは発熱しません。飽和するまでのオープン状態では、両端の電圧降下は約 0,1 V であるため、10x0,1 = 1 W の電力が放出されますが、それは半サイクルの間だけです。 、これは平均電力が 0,5 W であることを意味します。 トランジスタの線形動作モードに切り替えると、消費電力は急激に増加します。 たとえば、図 7 に信号が半分ある場合、トランジスタの両端の電圧降下は 30 A の電流で 5 V になります。 電力150W。 この電力が周期の 1/6 に割り当てられることを考慮すると、平均電力 25 W が得られます。 50倍以上！ 次に、ラジエーターを取り付ける必要があります。 各ドライバーが1つの並列接続されたトランジスタで構成され、そのうちの7つには信号A2（図XNUMX）が供給され、もうXNUMXつは信号AXNUMXが供給される場合、ラジエーターなしで行うことができます。 トランジスタはスイッチング モードでも動作しますが、その数は XNUMX 倍になります。 正弦波信号の近似レベルが XNUMX、XNUMX、またはそれ以上の場合、機器の複雑さはレベル数の XNUMX 乗に比例して増加します。 したがって、この道には展望がありません。 業務用機器では、図8に示す方法で正弦波信号が得られます。
クロック信号はカウンターに送信され、その出力コードは正弦テーブルが記録されている読み取り専用メモリー (ROM) のアドレスになります。 現在の正弦波の値に比例するデジタル コードはデジタル - アナログ コンバーター (DAC) に送信され、そこでアナログ正弦波信号に変換されます。 それらを上部と下部のドライバーに分配するには、トリガーと XNUMX つのキーが使用されます。 最初の半サイクルでは、正弦波信号は上部ドライバーに送られ、XNUMX 番目の半サイクルでは下部ドライバーに送られます。 約 20 年前、当社は正弦テーブルが記録された K568PE1 マイクロ回路を商業生産しました。 今では彼女はもう見つかりません。 したがって、開発者は自分で ROM ファームウェア テーブルをコンパイルし、ROM チップをプログラムする必要がありますが、これは誰もがアクセスできるわけではありません。 正弦波に近い電圧を生成する簡単な方法があります。 この方法を図 9 に示します。 線形に増加する信号と線形に減少する信号を乗算すると、正弦波に非常に近い放物線状の信号が得られます。
この原理を実装するデバイスの機能図を図 10 に示します。
ジェネレーターは 8 つのカウンターに並行してクロック パルスを供給します。 8 つは加算用にカウントされ、もう 561 つは減算用にカウントされます。 減算カウンタのゼロ状態信号が正のカウンタのリセットであるという事実により、カウンタ コードは互いに一致します。 カウンタ コードはデジタル乗算器に送信され、そこから DAC に送信されます。 ドライバの切り替え方式は図5と同様です。 ただし、既製の乗算器マイクロ回路が入手できるため、この回路は図 525 の回路よりも実装が簡単です。 たとえば、CMOS シリーズには K2IPXNUMX チップがあります。 別の方法で実行することもできます。つまり、カウンター出力に DAC を取り付け、その出力をアナログ乗算器 (KXNUMXPSXNUMX など) に接続します。 ご覧のとおり、可変周波数を備えた高品質の電気ドライブを構築することは、思っているほど簡単ではありません。 文学：
著者：O.N。 パータラ
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