Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения - повышение плавности движения шагового электродвигателя в области низких и сверхнизких частот за счет уменьшения колебаний мгновенной скорости. Устройство содержит распределитель импульсов , коммутирующий канал усилителя мощности 2, к которому подключены фазы двигателя 3, шунтированные конденсаторами 5 через распределительные ключи 6. Конденсаторы 5 и ключи 6, обладающие двусторонней проводимостью, создают контуры, по которым замыкаются токи, вызываемые ЭДС вращения, и уменьшают эквивалентное сопротивление этих контуров. 2 3.п. ф-лы, 2 ил. (Л 6о О 0 Is3 сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 H 02 Р 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3987618/24-07 (22) 13 . 12 . 85 (46) 07.05.87. Бюл. 1Ф 17 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Ги11 редмет" и Московский энергетический институт (72) И. К. Бронштейн, В, П. Рубцов, И, И. Бродский, А. Ю, Голубев, А, К. Лебедев и Л. В. -. Еремеева (53) 621.313.13-133.3(088.8) (56) Луценко В, Е. и др. Электропривод с шаговыми двигателями. — Электропривод и автоматизация промышленных установок, т. 6, 1978, с. 55-67.

Авторское свидетельство. СССР

У 1042151, кл. Н 02 P 8/00, 1982.

„;SU, 13Î9251 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к области электротехники, Цель изобретения повышение плавности движения шагового электродвигателя в области низких и сверхнизких частот за счет уменьшения колебаний мгновенной скорости.

Устройство содержит распределитель импульсов 1, коммутирующий канал усилителя мощности 2, к которому подключены фазы двигателя 3, шунтированные конденсаторами 5 через распределительные ключи 6, Конденсаторы

5 и ключи 6 обладающие двусторонней проводимостью, создают контуры, по которым замыкаются токи, вызываемые

ЭДС вращения, и уменьшают эквивалентное сопротивление этих контуров, 2 з.п, ф-лы, 2 ил.! 13092

Изобретение относится к электротехнике, Цель изобретения — повышение плавности движения шагового электродвигателя в области низких и сверхнизких частот за счет уменьшения колебаний мгновенной скорости.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства применительно к четырехфаэному шаговому двигателю", !О на фиг. 2 — то же, вариант, Устройство (фиг. 1) содержит распределитель 1 импульсов, многоканальный усилитель 2 мощности, в каждый канал которого включены фаза 3 !5 шагового двигателя, разрядный диод 4, конденсатор 5 и распределительный ключ 6, разрядную цепь 7, генератор

8 импульсов, частотный компаратор 9 и RS-триггер 10. 20

Устройство (фиг, 2) може т также содержать в каждом канале усилителя

2 мощности двувходовые элементы И 11 и И-НЕ 12.

Тактовый вход f è входы В и Н на- 25 правления движения распределителя 1 импульсов подключены к соответствующим выходам внешнего управляющего устройства (не показано), в качестве которого может быть использована 30 управляющая вычислительная машина или любое другое устройство, задающее программу движения шагового двигателя.

Конденсатор 5 в каждом кана е усилителя 2 мощности через распределительный ключ 6 подключен параллельно фазе 3 шагового двигателя, которая одной клеммой соединена через разрядный диод 4 с разрядной це- 0 пью 7, а второй — с одной из шин источника питания постоянного тока

U, В качестве разрядной цепи 7 могут быть использованы резистор, стабилитрон, дополнительный источник питания с транзистором или конденсатор, шунтированный резистором (конкретное выполнение разрядной цепи не является существенным), Генератор 8 импульсов подключен к одному из вхо- gg дов частотного компаратора 9, соединенного вторым входом с тактовым входом распределителя 1 импульсов, Выходы частотного компартора 9 соединены с входами R u S триггера 10, связанного выходом с управляющими входами распределительных ключей 6 непосредственно (фиг. 1) или через элементы И 11 (фиг. 2), Выходы рас5) 2 пределителя импульсов подключены к соответствующим входам усилителя

2 мощности.

Кроме того, управляющие входы распределительных ключей 6 могут быть связаны (фиг, 2) через MIeMeHты ИЛИ-НЕ 12 и И 11 с соответствующими входами распределителя 1 импульсов, Вторые входы элементов И 11 подключены к выходу RS-триггера 10, а вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 12 к тактовому входу распределителя 1 импульсов, В качестве частотного компаратора 9 может быть использован, например, вычитатспь импульсов.

Устройство работает следующим образом, По сигналам управления, поступающим от внешнего устройства на тактовый вход f> ðàñïðåäåëèòåëÿ 1 импульсов, последний в зависимости от сигналов на шинах В и Н направления движения осуществляет переключение каналов усилителя ? мощности в прямой или обратной очередности. Соответственно и фазы 3 шагового двигателя коммутируются в последовательности, заданной формирователем 1 импульсов, При отключении фазы 3 энергия электромагнитного поля, накопленная в ней, передается через разрядный диод 4 в разрядную цепь 7.

Если усилитель 2 мощности работает в режиме стабилизатора тока в фазах 3 шагового двигателя, то демпфирующие свойства последнего резко снижаются, что ведет к затягиванию механических переходных процессов, значительным колебаниям скорости и, следовательно, ухудшению плавности движения,, особенно в области низких и сверхнизких частот управления, В предлагаемом устройстве для повышения демпфирующих свойств двигателя и, соответственно, плавности движения каждая фаза 3 шунтируется через распределительный ключ 6 конденсатором 5, При питании фаэ 3 шагового двигателя от стабилизаторов тока конденсатор 5 практически не оказывает влияния на закон изменения фазового тока, поэтому все фазы 3 шагового двигателя (как возбужденные, так и невоэбужденные) целесообразно шунтировать конденсатором 5. Это обеспечивается подачей сигнала единичного уроьня от триггера 10 на управляющие входы всех ключей 6.

3 1 3092

Емкость конденсатора 5 необходимо выбирать из условия достижения резо3 нанса напряжений в цепи, састоящеи из емкости конденсатора 5 и ичдуктивности фазы 3, на частоте собственных колебаний привода, т. е. Не обходима обеспечить равенство

= uJL юС 0 или и> 1.С = 1, 2

5! 4

0,2, Прапорцпонапьча возрастает так ат ЭДС вращения

IH п2?,1

-- — -"1 —: 1,2 I в р - к создающий демпфируоший момент, способствующий затуханию колебаний скорости и повышающий плавность движе ни я

Поскольку емкость конденсатора 5 выбирается исходя из условия обеспечения резонанса на частоте собственных колебаний механической сисФ

HoMHHBëüíûÉ так где ы- круговая частота ЭДС вращения, соответствующая частоте

15 собственных колебаний механической системы приводя; среднее значение индуктивности фазы 3;

С вЂ” емкость конденсатора 5.

Все колебания мгновенной скорости

20 (и угла) шагового двигателя происха— дят с частотой, близкой к частоте собственных колебаний механической системы привода, поэтому настройка электрической цепи, состоящей из фа— зы 3 двигателя и конденсатора 5 в резонансе именно для этой частоты, обеспечивает значительное уменьшение

30 эквивалентного сопротивления для тока, создаваемого ЭДС вращения. Например, для индукторных шаговых двигателей отношение постоянной составляющей индуктивности фазы Ь к переменной составляющей L„ определяющей

ЭДС вращения, лежит в пределах

L/L„ 8-10, а активное сопротивление фазы R в 5-10 раз меньше индуктив Ного сопротивления Х1= Iu L °

Поэтому эквивалентное сопротивление фазы Z = Х +R определяющее г ток, создаваемый ЭДС вращения, xLq — I --- где I

Z н двигателя, обусловлено в основном индуктивным сопротивлением Е и Х„17 К, При этом ток ат ЭДС вращения, характеризующий демпфирующие свойства шагового двигателя, равен

i I — — = (О 1:0 12)I и>1, q р= нш1.=

Введение конденсатора 5, емкостное сопротивление которого Хс

1/ыС = Х!, уменьшает эквивалентное

2 н сопротивление Z =,Л почти в 10 раз, поскольку R/Х О, 1темы привода, т,е, для сравнительно высокой частоты, то эта емкость мала и практически не влияет на работу усилителя 2 мощности в области низких частот. При повышении частоты управления f,, пвпгателем ка..депсатоо 5 на-ина т оказывать более значительнае влияние на рабату усилите.— ля 2 мощности. Вместе с тем На этих частотах колебания скорости сгла,1п— ваются механической инерппанв привода и сами па себе достаточна малы, Повыше шя демпфирующих свойств двигателя на высоких частотах управления, как правило, не требуется и конденсаторы 5 могут быть ат-::л:.I:Icны.

Для этого в устройства введеlI I I;Cтотный кампаратар 9, -.риггер 10 и импульсный генератор 8 опорной частоты Ес, которая выбирается в зависимости ат требуемого диапазона рабочих частот шагового двигателя и ап— ределяет границу между областью низких частот, где требуется повышение демпфирующих свойств двигателя, и областью высоких частот, где желательно уменьшение внутреннегп демпфирования, В области низких ча ñòîò f, и на вход Б триггера 10 с частотного компаратора 9 поступают импульсы разнастной частоты fg fy которые устанавливают триггер !0 в единичное состояние, соответствующее сигналу единичного уровня на его выходе, Этот сигнал открывает распределительные ключи б, обеспечивая шунтирование фаз 3 шагового двигателя конденсатор ами 5, Для уменьшения переходного сопротивления ключей б их желательно выполнять, например, на реле или герконах, хотя могут быть использованы и бесконтактные ключи.

Однако для достижения положительного эффекта ключи 6 обязательно долж5 1309251 ны обладать двусторонней проводимо- де стью, Mt tI

В области высоких частот f > > f, KB. импульсы разностной частоты f>-f фа поступают с другого выхода частотно- по го компаратора 9 на вход триггера ющ

10, устанавливая его в нулевое сосво тояние, ключи 6 при этом размыкают- р а. ся, и конденсаторы 5 отключаются„ дв что повышает КПД устройства, посколь- 10 те ку не расходуется энергия на заряд ст конденсаторов, св

Если усилитель 3 мощности работа- ни ет в ключевом режиме, особенно при в наличии импульсного форсирования, 15 вв то шунтирование возбужденной фазы 3 но шагового двигателя конденсатором 5 дв нежелательно из-за больших зарядных че токов конденсатора, которые могут вт вывести усилитель мощности из строя. 20 ра

В этом случае целесообразно шунтиро- дв вать конденсаторами 5 только отключенные в данном такте коммутации ч фазы 3. В схеме по фиг. 2 это обес- ра печивается введением элементов И 11 25 к и ИЛИ-HE 129 KoTopble paaMbIKHIow клю- де чи 6 возбужденных в данном такте вх коммутации фаз. Ключи 6 размыкаются пе и на. время крммутационных процессов пр переключения фаз 3, что обеспечивает- 30 уп ся подачей на вторые входы элементов ус

ИЛИ-НЕ 12 импульсов управления f „ ге поступающих на тактовый вход раси пределителя 1 импульсов. Тем самым ра исключается влияние конденсаторов 5 35 кл на работу усилителя 2 мощности, Работа элементов 8 — 10, опредеч ляющих состояние распределительных по ключей 6, в схеме по фиг. 2 происча ходит так же, как и в схеме по щ им фиг„1, пе

Формула изобретения

1. Устройство. для управления шаговым двигателем, содержащее распрелитель импульсов с тактовым входом, ОI оканальHbIAусиJIHтHльмощHОс1 и 9 ждый канал которого связан через зу двигателя с источником питания стоянного тока, связанный управляими входами с соответствующими Bbl дами распределителя импульсов, и спределительные ключи по числу фаз игателя, о т л и ч а ю щ е е с я м, что, с целью повышения плавнои движения в области низких и ерхнизких частот за счет уменьшея колебаний мгновенной скорости, каждый канал усилителя мощности еден конденсатор9 подключенный одй обкладкой к одной клемме фазы игателя своего канала, а другой— рез распределительный ключ — к орой клемме этой же фазы, причем спределительный ключ выполнен с усторонней проводимостью, 2, Устройство по и, 1, о т л и а ю щ е е с я тем. что, с целью сширения диапазона рабочих частот, аждый канал усилителя мощности соржит двухвходовый элемент И и двуходовый элемент ИЛИ-НЕ, подключенный рвым входом к тактовому входу раседелителя импульсов, вторым — к равляющему входу своего канала илителя мощности, а выходом — к рвому входу элемента И своего каала, соединенного выходом с упвляющим входом распределительного юча этого же канала.

3, Устройство по и, 29 о " л и— а ю щ е е с я тем, что, с целью вышения КГД9 введены RS-триггер, cToTHblH компаратор и генератор пульсов, подключенный выходом к рвому входу частотного компаратора9 соединенного вторым входом с тактовым входом распределителя импульсов, а выходами — с входами К и S триггера, подключенного выходом к вторым входам элементов И всех каналов.

1309251

Составитель 3. Горник

Редактор И. Николайчук Техред М.Ходанич Корректор Л. Гилипенко

Заказ 1803/53 Тираж 661 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