Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и направлено на повышение . равномерности движения и устойчивости шагового двигателя.. Устройство для управления двигателем содержит распределитель 1 импульсов и многоканальньш усилитель мощности, каждый канал которого включает ключевые элементы 2 и 5, формирователь 6 импульсов форсирования, инверторы 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, диод 11 рекуперации . Относительная длительность импульса форсирования растет при увеличении частоты управления, поэтому в области низких частот, где колебания скорости значительны, фаза 3 двигателя закорачивается на длительное время, что обеспечивает большое демпфирование. Однако в области высоких частот большое демпфирование снижает нагрузочные свойства двигателя, поэтому здесь целесообразно уменьшить время, в течение которого о.тключенная фаза закорочена. Изменение времени, в течение которого отключенная фаза закорочена-,- обеспечивается автоматически. 2 ил. С $ (Л § и О) со со 2lff й/г/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 Р 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3815585/24-07 (22) 26.11.84 (46) 23.07.86. Бкл. ¹ 27 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро низковольтного аппаратостроения Производственного объединения "Мосэлектроаппарат" (72). В.П.Рубцов, А.А.Сухов и В.М.Ситников (53) 621.313.13-133.3:525 (088.8) (56) Ратмиров В.А., Рашкович П.M., Павлов Ю.А. Дискретный привод станков: Обзор. Сер.1, Станкостроение.

M..: :НИИМАШ, 1975, с.15, 16.

Луценко В.Е., Рубцов В.П; Злектропривод с шаговыми двигателями. /Итоги науки и техники. Электропривод и ав томатизация промьппленных установок.

Т.6. — М.: ВИНИТИ, 1978, с,59, 60. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и направлено на повышение, SU 1246330 А 1 равномерности движения и устойчивости шагового двигателя.. Устройство для управления двигателем содержит распределитель t импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает ключевые элементы 2 и 5, формирователь 6 импульсов форсирования, инверторы 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, диод 11 рекуперации ° Относительная длительность импульса форсирования растет при увеличении частоты управления, поэтому в области низких частот, где колебания скорости значительны, фаза 3 двигателя закорачивается на длительное время, что обеспечивает большое демпфирование. Однако в области высоких частот большое демпфирование снижает нагрузочные свойства двигателя, поэтому здесь целесообразно уменьшить время. в течение которого отключенная фаза закорочена.

Изменение времени, в течение которого отключенная фаза закорочена-,-. обеспечивается автоматически. 2 ил.

1246330 а;О

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, и может быть использовано в дискретных системах автоматического и программного управления, например, металлорежущих стан ков с числовым программным управлеI нием, координатографах и т.д.

Цель изобретения — повышение равномерности движения и устойчивости

t шагового двигателя.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг ° 2 — временные диаграммы сигналов на основных элементах схемы, поясняющие принцип ее работы.

Устройство (фиг.1) содержит распределитель 1 импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя первый ключевой элемент 2, связывающий фазу 3 шагового двигателя через разделительный диод 4 с источником постоянного тока низкого уровня U второй ключевой элемент 5, связывающий фазу 3 с источником постоянного тока высокого уровня U, формирователь 6 импульсов форсирования, первый H второй инверторы соответственно 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, диод 11 рекуперации. Устройство может содержать датчик 12 тока, подключен- ный к входу формирователя 6 импульсов форсирования (штриховая линия,фиг.1). формирователь 6 импульсов может быть подключен входом к входу перво-го элемента 2 или к датчику 12 тока.

Выход формирователя 6 импульсов подключен к второму входу элемента

ИЛИ 10 и вхоДу второго инвертора 8, соединенного выходом с вторым и третьим входами элементов И 9 смежных каналов усилителя мощности. Первый вход элемента ИЛИ 10, подключенного выходом к входу второго ключевого элемента.5, соединен с выходом элемента И 9, первый вход которого подключен через первый инвертор 7 к .входу первого ключевого элемента 2, а второй и третий входы элемента И 9 соединены с выходами вторых инверторов 8 смежных с данным каналов.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход распределителя 1 импульсов сигнала управления

f> (фиг,2) на его входах вырабатыва1О !

2О

ЗО

35 ются напряжения прямоугольной формы U которые поступают на вход первого ключевого элемента 2 и открывают его. Одновременно формирователь импульсов форсирования вырабатывает импульс U (фиг.2), который через элемент ИЛИ 10 поступает на вход второго ключевого элемента 5.

При открывании первого и второго ключевых элементов к фазе 3 шагового двигателя прикладывается повышенное напряжение U, (U, фиг.2), что обеспечивает ускоренное (форсированное) нарастание тока

Длительность t+ импульса. форсирования П, может вырабатываться в функции времени по сигнапу U„, поступающему на вход формирователя б, или в функции тока ),Р в фазе двигателя, сигнал, пропорционагьный которому. поступает на вход формирователя 6 с датчика l2 тока, Способ формирования длительности t импульса форсирования U в функции времени или тока не является существенным и не влияет на работу схемы. По окончании импульса форсирования U, второй ключевой элемент 5 закрывается и к фазе 3 через разделительный диод 4 прикладывается низкое напряжение U,, обеспечивающее протекание в фазе тока, блчзкого к номинальному.

После того как сигнал U на выУ ходе распределителя 1 импульсов становится равным нулю (момент времени t„, фиг.2), ток в фазе 3 эамыка" ется по цепи: диод 1 I рекуперации, встречно включенный источник U источник U „, разделительный диод 4.

При этом к фазе 3 прикладывается встречное напряжение U -U, а накопленная в ней электромагнитная энергия передается в,источник питания

Под действием всгречно приложенного напряжения ток в отключенной фазе быстро спадает до нуля, что обеспечивает высокое быстродействие привода и работу шагового двигателя в области высоких частот.

После спадания тока i до нуля встречное напряжение Ц -U, запирает диод 11 рекуперации и цепь фазы 3 оказывается разомкнутой, что уменьшает внутреннее демпфирование двигателя, снижает устойчивость движения и вызывает большие колебания мгновенной скорости, ухудшающие равномерность движения. Для повышения

1246 демпфирующих свойств шагового дв т= гателя в рассматриваемой схеме после спадания тока в фазе до нуля, момент которого соответствует окончанию импульса форсирования U„ сигнал еди— нично"о уровня с выхода первого инвертора 7 открывает элемент И 9, на . остальных входах которого также присутствуют сигналы единичного уровня.

Сигнал единичного уровня с выхода 10 элемента И 9 через элемент ИЛИ 10 вновь открывает второй ключевой элемент 5, что обеспечивает закорачивание фазы 3 по цепи: диод 11, ключевой элемент 5. В закороченной фазе 3 15 под действием ЭДС вращения протекает ток, вызывающий демпфирование колебаний мгновенной скорости ротора двигателя. Если отключенную фазу 3 держать закораченной при коммутации 20 !

;смежных с ней фаз, имеющих магнитную .связь, то это замедляет протекание в них электромагнитных переходных процессов нарастания и спадания тока, что приводит к снижению диапазона 25 рабочих частот привода. Поэтому в рассматриваемой схеме предусмотрены связи смежных каналов усилителя мощности через инверторы 8, запирающие элемент И 9 и, соответственно, второй ключевой элемент 5 при включении формирователя 6 импульсов любого из смежных каналов. Для четырехфазного двигателя, например, первая фаза должна быть разомкнута при включении

35 второй и четвертой фаз.

Относительная длительность импульса форсирования U„ растет при увеличении частоты управления f поэтому в области низких частот, где колебания скорости значительны, фаза двигателя закорачивается в рассматриваемой схеме на длительное время, что обеспечивает большое демпфирование.

Однако в области высоких частот боль-45 шое демпфирование снижает нагрузочные свойства двигателя, поэтому здесь целесообразно уменьшить время, в течение которого отключенная фаза закорочена. В рассматриваемой схеме изменение времени,. в течение которого отключенная фаза закорочена, обеспечивается автоматически. Поскольку длительность t,„ èìïóëüñà форсирования U практически неизменна, а пе риод коммутации с ростом частоты управления уменьшается, то с ростом частоты уменьшается и время, в течение

33О 4 которого отключенная фаза закорочена.

Таким образом, демпфирование с ростом частоты уменьшается, что обеспечивает сохранение нагрузочной способности двигателя и широкого диапазона рабочих частот.

Описанный принцип работы устройства сохраняется независимо от направления движения шагового двигателя, которое определяется сигналами на входах В и Н распределителя 1 импульсов. При сигнале логической единицы на входе В и логического нуля на входе -Н распределитель импульсов обеспечивает прямое чередование переключаемых фаз и соответствующее ему направление движения шагового двигателя ° Если на вход Н подан сигнал логической единицы, а на вход  — логического нуля, то порядок чередования фаз и направление движения двигателя изменяется на обратные.

Выполнение устройства управления шаговым двигателем по рассматривае-. мой схеме позволяет исключить различного рода внешние демпфирующие устройства, устанавливаемые по валу двигателя и снижающие его нагрузочные свойства и быстродействие.

Ф о р м ул а и з обретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в .себя первый ключевой элемент, подключенный входом к соответствующему выходу распределителя импульсов и связывающий фазу двигателя через разделительный диод с источником постоянного тока низкого уровня, а через диод рекуперации — с источником постоянного тока высокого уровня, подключенного к разделительному диоду через второй ключевой элемент, и формирователь импульсов форсирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности движения и устойчивости шагового двигателя, каждьп канал усилителя мощности снабжен элементами И, ИЛИ и двумя инверторами, первьп из которых подключен входом к входу первого ключевого элемента, а выходом — к первому входу элемента И своего канала, соединенного вторым и третьим входами с выходами вторых инверторов смежных ка5 1246330 6 налов, а выходом — с первым входом теля импульсов форсирования и входу элемента ИЛИ, .подключенного выходом, второго инвертора, соединенного выхо-, к входу второго ключевого элемента, а дом с вторым и третьим входами элевторым входом — к выходу формирова- ментов И смежных каналов.

Фиг. 2

Составитель 3.Горник

Техред Л.Олейник Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор Н ° Бобкова

Заказ 4019/54 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул. Проектная, 4