Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с волновым шаговым двигателем. Цель изобретения - состоит в повышении КПД. При поступлении очередного импульса управления F<SB POS="POST">у</SB> происходит переключение фаз 8 двигателя. Энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через диод 6 на конденсатор 9. При этом ток, протекающий в фазной обмотке, уменьшается, тогда как напряжение на конденсаторе 9 растет. По окончании процесса заряда конденсатора 9 осуществляется его разряд на отключаемую фазу 9 через вспомогательный ключевой элемент 5. При этом ток протекает в отключаемой фазе в направлении, противоположном направлению включения источника 2 питания. Это позволяет уменьшить остаточный магнитный поток, вследствие чего уменьшаются электромагнитные силы, препятствующие перемещению ротора в новое фиксированное положение. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„541754 (51)5 Н 02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4419752/24-07 (22) 03. 05, 88 (46) 07,02,90. Вюл. 11 5 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) С,М,Дерипаско, В,И,Саввин и A,Ï,Cåíüêoâ (53) 621.313,525(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1166258, кл. Н 02 P 8/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М- 944051, кл, Н 02 P 8/00, 1982 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цискретном электроприводе с волновым шаговым двигателем, Цель изобретения состоит в повьппении КПД, При поступ2 пении очередного импульса управления происходит переключение фаэ 8 двигателя ° Энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через диод G на конденсатор 9.

При этом ток, протекающий в фазной обмотке, уменьшается, тогда как напряжение на конденсаторе 9 растет. По окончании процесса заряда конденсатора 9 осуществляется его разряд на отключаемую фазу 8 через вспомогательный ключевой элемент 5, При этом ток протекает в отключаемой фазе в .направлении, противоположном направлению включения источника 2 питания.

Это позволяет уменьшить остаточный g магнитный поток, вследствие чего уменьшаются электромагнитные силы, препятствующие перемещению ротора в новое фиксированное положение, 3 ил, С

1541754

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаго-. выми двигателями, преимущественно волновыми (ВИД), и может быть использовано в дискретных системах автоматичесKoго управления, Цель изобретения — повышение !(ПД, На фиг, 1 приведена функциональная

Схема устройства применительно к чегырехфазному В1!!Д; на фиг, 2 — временНые диаграммы напряжений, иллюстри-!

>у>>щие работу устройства; на фиг. 31>ринциииа>иная схема блока совпапения ° 15

Устройство (фиг, 1) содержит распределитель 1 импульсов, источник 2 . питания, функциональный преобразова(! тель 3 ч->с roò;I — длительность, вход ,которого iîåäèíeí с тактовым входом распределителя 1 импульсов, многока нальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя основ-! ной ключевой элемент 4, управляющий вход которого соединен с выходом рас- 25 пределителя 1 импульсов, вспомогательный ключевой элемент 5, диод 6, дополнительный диод..7, который соединяет общую шину источника 2 питания с точкой соединения фазы 8 двигателя с основным ключевым элементом 4, которая через соединенные встречно-параллельно диод 6 и вспомогательный ключевой элемент 5 соединена с обкладкой конденсатора 9. Другая обклад-3g ка конденсатора 9 соединена с общей точкой соединения фазных обмоток 8 двигателя и с источником 2 питания, Управляющие входы вспомогательных ключевых элементов 5 соединены с вы- 40 ходами логических элементов И 10, первые входы которых соединены с выходом функционального преобразователя 3. Вторые входы логических элементов И 10 соединены с выходами блока 45

11 совпадения, Входы последнего соединены с .выходами и входами направления распределителя 1 импульсов, В качестве функционального преоб . разователя 3 может быть использовано л устройство, состоящее из преобразователя частота — код и преобразователя код — длительность, Влок 11 (фиг. 3) содержит четыре элемента И 12, попарно связанных вхо— дами с выходами распределителя 1 импульсов, а выходами — с входами Bocb ми элементов И 13, другие входы которых юединены с входами направления движения распределителя 1 импульсов, а выходы — с Входами четырех элемен тов ИЛИ 14, выходы которых соединены с управляющими входами вспомогательных ключевых элементов 5, Состояния блока 11 приведены в таблице, Устройство р аб от ает следующим образом, Рассмотрим работу устройства на примере четырехфазного В1!1Д при паоноГ симметричной системе коммутации фаз, Импульсы управления (фиг, 2) поступают на вход распределителя импульсов, на выходах которого формируется последовательность прямоугольных напряжений U,, (фиг, 2). Данная диаграмма иллюстрирует случай, когда двигатель осуществляет движение вперед, т,е, на входе В присутствует сигнал единичного уровня, а на входе Il присутствует сигнал нулевого уровня, которые поступают на управляющие входы основных ключевых элементов 4.

Импульсы управления поступают также на вход функционального преобразователя 3, формирующего на выходе импульсы напряжения Uy (фиг, 2), длительность которых изменяется в функции от частоты управляющих импульсов fy причем с увеличением частоты управляющих импульсов f длительность импульсов Ц5 увеличивается ((>3), фиг. 2).

Ймпульсы напряжения U > поступают на первые входы логических элементов

И 10, на вторые входы которых поступают напряжения выходов блока 11 совпадения, Иа одном из выходов блока ll совпадения в зависимости от состояния распределителя 1 импульсов и в зависимости от направления вращения двигателя формируется сигнал единичного уровня, поступающий на второй вход соответствующего элемента И 10, который в этом случае пропускает импульс напряжения U на управляющий вход вспомогательного ключевого элемента 5 (например, транзистора). На .фиг. 2 приведены напряжения Ц, UI<, U<» на выходах логических элементов

fS

И 10. Вспомогательный ключевой элемент 5 включен встречно-параллельно с соответствующим диодом 6, соединяющим обмотку отключаемой фазы 8 с конденсатором 9.

1754

25

40

50

154

В моменf поступления очередного импульса управления (фиг, 2, момент времени i „), происходит переключение фаз 8 двигателя. Энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через соответствующий диод

6 на конденсатор 9, Ток, протекающий в контуре, состоящем из фазной обмотки 3 и конденсатора 9, уменьшается (I, длительность времени g, фиг,2), тогда как напряжение на конденсаторе

9 растет. Характер фронта спапания тока в фазе во многом зависит от величины активного сопротивления фазы и может отличаться от фронта, изображенного на фиг, 2 (I +,, T ) . При увеличении активного сопротивления фазы фронт спадания тока может изменять наклон.

По окончании длительности С, спадания тока I y отключаемой фазы 8 и нарастания напряжения на конденсаторе 9 через:замкнутый вспомогательный ключевой элемент 5 осуществляется разряд конденсатора 9 (заряженного напряжением, полярность которого указана на схеме фиг, 1) на отключаемую фазу 3 двигателя, При этом ток I в отключаемой фазе 8 протекает в направлении, противопопожном направлению включения источника питания 2 (I+ длительность времени Г, фиг, 2). 3а счет э"того достигается уменыпение остаточного магнитного потока до нуля, соответственно уменьшается электро магнитная сила, препятствующая пеоемещению гибкого ротора в новое фиксированное положение.

По истечении длительности импульса напряжения Б- вспомогательный ключевой элемент 5 запирается. Ток после запивания вспомогательного ключевого элемента 5 протекает через дополнительный диод 7 и конденсатор, входя-. щий в выходной емкостной фильтр источника 2 питания.

При поступлении следующего импульса управления f> работа устройства повтоояется.

При увеличении частоты управляющих импульсов Г (момент времени С, фиг. 2) увеличивается длительность разряда конденсатора 9 на отключаемую фазу через вспомогательный ключевой элемент 5 (с фиг. 2), .Увеличение длительности разряда конденсатора 9 на отключаемую фазу 8 обусловлено тем„ что при увеличении частоты управляющих импульсов f npoМ исходит расширение динамической петли гистерезиса, что влечет увеличение остаточного магнитного потока ° Следовательно, необходимо увеличивать величину тока для обеспечения уменыпения остаточного магнитного потока до нуля.

КроМе того, при увеличении частоты управляющих r чпульсов f > äëèòåëüíîñòü подключения фазы 8 двигателя к источнику 2 питания постоянного тока уменьшается и оказывается недостаточной для обеспечения нарастания величины тока (I, фиг. 2) до номинального

síà÷åHHÿ (I„,фиг. 2) . Уменьшение значения тока фазы приводит к снижению энергии, запасенной в магнитном поле фазы, вследствие чего снижается уровень напряжения на конденсаторе 9, Следовательно, необходимо увеличивать длительность его подключения к отключаемой фазе 3 для обеспечения необходимой для осуществления размагничивания величины тока.

Закон изменения длительности им" пульса напряжения U формируемого на выходе функционального преобраэователя 3, определяется эксперимен" тально.

Таким образом, использование изобретения позволяет уменыпить силы, препятствующие перемещению гибкого ротора в новое фиксированное положение, а так как при этом не требуется осуществлять отбор энергии от источника питания, то достигается повьппение КПД двигателя.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, преимущественно волновым, содержащее распределитель импульсов, источник питания, функциональный. преобразователь частота — длитель-,. ность, вход которого соединен с входом распределителя импульсов, и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя основной ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, вспомогательный ключевой элемент и диод, о тли чающее ся тем, что, сцелью повьппения НПД двигателя., в устройство введены блок совпадения, логические элементы И по числу фаз и

1541754 конденсатор, а каждый канал усилитеЛя мощности снабжен дополнительным

j1èoäoì, соединяющим точку соединения источника питания и основного ключевого элемента с точкой соединения фазы с.основным ключевым элементом, которая через соединенные встречнопараллельно диод и вспомогательный ключевой элемент соединена с обклад1 ой конденсатора, другая обкладка

1 оторого соединена с общей точкой

Входы Выходы

1 2 3 4 В Н 11 12 13 14

О О О 1 .1 О 0 О

О 1 О О

О О 1 О

О О 1 О

0 О О 1

1 О. О О

О 1 О 0

1 1 О О 1 О

О 1 1 О 1 О

0 О 1 1 1 О

1 О О 1 1 0

1 1 О 0 0 1

О 1 1 О 0 1

О О 1 1 О 1

1 0 О 1 О 1

1ф 1

Uz и, 04

V$ 15 Т6 17 18 соединения фазных обмоток двигателя и с источником питания, причем упоавляющие входы вспомогательных ключевих элементов .соединены с выходами логических элементов И, первые входы которых соединены с выходом функционального преобразователя, вторые входы — с выходами блока совпапения, входы которого соединены с выходами и с входами направления распределителя импульсов, 1541754 Ю

Ъ

Ъ ь

%э ф с

РдхаЬю нааробленоя

Фиг 3

Составитель В.Алфимов

Редактор И. Бланар Техред JI. Сердокова Корректор В.Кабадий

Заказ 288 Тираж 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101