Устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем с парной коммутацией

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ПАРНОЙ KOMltyTAIIHEft, содержащее ключи усилителя мощности, связывающие через диод фазы двигателя, соединенные в четырехлучевую звез ду, с источником постоянного тока низкого уровня, форсирующий ключ, связывающий нулевую точку фаз двигателя с источником постоянного тока высокого уровня, распределитель импульсов и одновибратор, подключенный входом к входу распределителя импульсов , отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения установленной мощности ключевых элементов, в него введены восемь элементов И, четыре элемента И-НЕ и дополнительный одновибратор, подключенный входом к выходу основного одновибратора, а выходом - к входу форсирующего ключа и первьпч входам элементов И-НЕ, соедииенных вторыми входами с выходами первой группы из четырех элементов И, входы каждого КЗ которых подключены к двум смежным выходам распределителя импульсов, подключенного всеми своими выходами к первым входам второй группы из четырех элементов И, соединенных своими вторыми входами с выходами 3heментов И-НЕ, а выходами - с входами сд оэ ключей усилителя мощности. 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕИ1ИХ

РЕСПУБЛИН

4(st) H 02 P 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и Авторсномъ свидетельстВу (21) 3680410/24-07 (22) 29. 12. 83 (46) 30.04.85. Бюл. У 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (72) В.П. Рубцов и Т.Ю. Деревенко (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революпии энергетический институт (53) 621.313.13.-133.3-525(088.8) (56) 1. Дискретный электропривод с щаговыми двигателями. Под ред.

М.Г. Чнликина. М., "Энергия", 1971, с. 121-125.

2. Луценко В.Е. и др. Электропривод с шаговыми двигателями. В кн.:

Электропривод и автоматизация промьппленных установок, т. 6, 1978, с. 58. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

С ПАРНОЙ КОММУТАЦИЕЙ, содержащее ключи усилителя мощности, связывающие через диод фазы двигателя, соединенные. в четырехлучевую эвез ду, с источником постоянного тока

„„5U„„3 153387 низкого уровня, форсирующий ключ, связывающий нулевую точку фаз двигателя с источником постоянного тока высокого уровня, распределитель импульсов и одновибратор, подключенный входом к входу распределителя импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппення КПД и уменьЪ шения установленной мощности ключевых элементов, в него введены восемь элементов И, четыре элемента И-НЕ и дополнительный одновибратор, подключенный входом к выходу основного одновибратора, а выходом — к входу форсирующего ключа и первым входам элементов И-НЕ, соединенных вторыми входамн с выходами первой гругпы из четырех элементов И, входы каждого из которых подключены к двум смежным выходам распределителя импульсов, подключенного всеми своими выходами к первым входам второй группы из четырех элементов И, соединенных своими вторыми входами с выходами sheментов И-НЕ, а выходами — с входами ключей усилителя мощности.

1153387

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, и может быть использовано, например, в дискретных системах управления различными технологическими установками.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, соединенный выходами с унравляющими входами ключей многоканального усилителя мощности.

В указанном устройстве введен вспомогательный ключ, соединяющий общую точку фаз двигателя с шиной источника питания высокого уровня.

Концы фаз двигателя связаны с этой же шиной источника питания через разделительные диоды 1).

Недостатком указанного устройства является повышенная сложность схемы, обусловленная необходимостью введения специального инвертора, обеспечивающего рекуперацию энергии, выделяющейся при отключении Ьаэ, в источник питания.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления четырехфаэным шаговым двигателем с парной коммутацией, содержащее ключи усилителя мощности, связывающие через диод-фазы двигателя, соединенные в четырехлучевую звезду, с источником постоянного тока низкого уровня, форсирующий ключ, связывающий нулевую точку фаз двигателя с источником постоянного тока высокого уровня, распределитель импульсов н одновибратор, подключенный входом к входу распределителя импульсов 2).

Недостатком данного устройства является низкий КПД, что обусловлено потерями энергии, выделяемой при отключении фаэ двигателя и завышенная установленная мощность ключевых элементов усилителя мощности.

Цель изобретения — повышение КПД и уменьшение установленной мощности ключевых элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления четырехфаэным шаговым двигателем с парной коммутацией, содержащее ключи усилителя мощности, связывающие через диод фазы двигателя, соединенные s четырехлучевую звезду, с источником постоянного тока низкого уровня, форсирующнй ключ, связывающий нулевую

Выходы распределителя ймпульсов 1 подключены к входам первой группы

40 элементов И 2, соединенных выходами с вторыми входами элементов И-НЕ 3, первые входы которых подключены к выходу второго одновибратора 11, соединенного также с входом форсиру45 ющего ключа 6. Выходы распределителя

1 соединены также с первыми входами второй группы элементов И 4, вторые вкоды которых подключены к выходам соответствующих элементов И-НЕ 3.

Выходы второй группы элементов И 4 подключены к входам ключей 5 усилителя мощности, связывающих фазы 7 двигателя с источником питания U

ni низкого уровня через разделительный диод 9 и с источником питания U па высокого уровня через форсирующий ключ 6. Кроме того, фазы 7 двигателя соединены с источником питания U „

30 точку фаз двигателя с источником постоянного тока высокого уровня, распределитель импульсов и одновибратор, подключенный входом к входу распределителя импульсов, введены восемь элементов И, четыре элемента

И-НЕ и дополнительный одновибратор, подключенный входом к выходу основного одновибратора, а выходом— к входу форсирующего ключа и первым входам элементов И-НЕ, соединенных вторыми входами с выходами первой группы из четырех элементов И, входы каждого из которых подключены к двум смежным выходам распределителя импульсов, подключенного всеми своими выходами к первым входам второй группы из четырех элементов И, соединенных своими вторыми входами с выходами элементов И-НЕ, а выходами — с входами ключей усилителя мощности, На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов на основных элементах схемы.

Устройство (фиг. 1) содержит реверсивный распределитель импульсов 1 с входами управления f и выбора направления движения В и Н, первую группу из четырех элементов И 2, группу элементов И-НЕ 3, вторую группу элементов И 4, ключи 5 усилителя мощности, форсирующий ключ 6, фазы 7 двигателя, диоды рекуперации 8, раэделительный диод 9, первый 10 и второй 11 одновнбраторы.

11533 через диоды 8 рекуперации, Вход управления f распределителя импульсов 1 соединен с входом первого одновибратора 10, подключенного выходом к входу второго одновибратора 11. 5

Устройство работает следующим образом.

При подаче импульсов f на вход управления распределителя импульсов

1 на его выходах вырабатывается че- 10 тырехканальная система прямоугольных импульсов U U U U (фиг.2).

Очередность появления импульсов U„—

U определяется сигналами на входах выбора направления движения В и Н. 15

Если на вход В подан сигнал единичного уровня, а на вход Н вЂ” нулевого, то распределитель импульсов 1 обеспечивает прямую последовательность выходных сигналов U U -U U -U

U -U,, U„ — ... Последовательность сигналов Б 01-04у П 3 Нъ у Ug 132 у Uq ° ° ° вырабатывается на выходах распределителя I при подаче на вход Н сигнала единичного уровня, а на вход  — ну" 25 левого (правая часть диаграммы на фиг. 2).

На выходах элементов И 2 вырабатываются сигналы П, Б ; П, П (фиг, 2), длительность которых равна одному такту коммутации. Эти сигналы поступают на вторые входы элементов И-НЕ 3. На первые входы этих элементов поступает импульс П,(фиг.2) с одновибратора 11. Этот импульс

35 сдвинут относительно переднего фронта импульса управления на время t

1 определяемое длительностью импульса U,„(фиг. 2), вырабатываемого одновибратором 10. Сигналы с выходов рас40 пределителя импульсов 1 и элементов

И-НЕ 3 поступают через. элемент И

4 на входы ключей 5 усилителя мощности, коммутирующего фазы двигателя 7 в последовательности, задаваемой

45 распределителем импульсов. Сигнал

U, поступает с выхода одновибратора 11 на управляющий вход форсировочного ключа 6.

С приходом очередного импульса 50 управления f„ вначале происходит запирание включенного в предыдущем такте ключа 5, что обеспечивает форсированное спадение тока по цепи: фаза 7, диод 8, встречно включенный 55 источник Б„,, источник Ц,, диод 9.

61

При этом энергия, накопленная магнитным полем отключаемой фазы, реку87 1 перируется в источник питания 1!„

Время спадания тока в отключенной фазе 7 определяет время задержки момента включения форсирующего ключа 6 относительно переднего фронта импульсов управления f è соответствует длительности импульса t,, вырабатываемого одновибратором 10, По окончании процесса спадания тока в отключенной фазе сигналом U z с выхода одновибратора 1 1 с задержкой на время t открывается форсирующий ключ 6 и к вновь включенной фазе 7 шагового двигателя прикладыповышенное напряжение U „ (сигнал U« -U<+на фиг, 2) . Время нарастания тока во вновь включенной фазе до номинального значения определяет,длительность импульса Б „ вырабатываемого одновибратором 11.

Разнесение во времени процессов спадания и нарастания тока в коммутируемых фазах позволяет в рассматриваемой схеме обеспечить рекуперацию энергии отключаемой фазы без введения каких-либо дополнительных накопительных элементов, 1

При парной коммутации фаз шагового двигателя, которое обеспечивается t рассматриваемым устройством, в каждый момент времени включены две фазы. Поэтому с приходом очередного импульса управления одна фаза всегда остается включенной и в ней протекает ток, близкий к номинальному. В этом случае при включении форсирующего ключа 6 ток в некоммутируемой фазе будет увеличиваться до значения, в два раза превышающего номинальный, что увеличивает потери двигателя и установленную мощность ключевых элементов. В рассматриваемой схеме для снижения тока в некоммутируемой фазе производится ее закорачивание на время t действия импульса U

Закорачивание каждой фазы производится во второй половине периода включенного состояния фазы, который определяется элементом И 2-(сигналы

U,>- Н „на фиг. 2). При совпадении сигналов U,q U (UI;Ö,„) иа выходе элементов И-НЕ 3 вырабатывается сигнал логического нуля, запирающий через соответствующий элемент И 4 ключ 5 усилителя мощности. Запирание соответствующего ключа 5 при включенном ключе 6 обеспечивает закорачивание фазы 7 по цепи: диод 8, 1153387 ключ 6. 3а время t, действия импульса форсирования 0 ток в закороченной фазе существенно йзмениться не может и, следовательно, момент двигателей не уменьшается. 5

Таким образом; рассматриваемая схема при наличии только одйого форсировочного ключа и соединения фаз двигателя в многолучевую звезду обеспечивает уменьшение вдвое токов ключевых элементов и снижает потери энергии. Это обеспечивает уменьшение в 2 раза установленной мощности устройства и повышает его КПД.

> I153387

01г

Составитель 3. Горник

Техред Ж. Кастелевич

Корректор С Шекмар

Редактор Л. Авраменко

Заказ 2517/43 Тирам 646

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4