Усилитель мощности для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговых электроприводах периферийных устройств вычислительной техники, станков с программным управлением и промышленных роботов. Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей усилителя путем использования его для двигателя с магнитно-связанными фазами. Усилитель содержит каналы по числу пар фаз, каждый из которых включает две магнитносвязанные фазы 1 и 2 двигателя, управляе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 P 8/00

ГОСУДАР СТ ВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4413405/07 (22) 22.04.88 (46) 23.04.91. Бюл. hh 15 (71) Киевский научно-исследовательский и конструкторский институт периферийного оборудования (72) Л.П,Волков, С.Л,Лобода и В.В,Мотронюк

{53) 621,303.525 (088.8) (56) Патент СССР М 505396, кл. Н 02 P 7/62, 1970.

Соколов М. М „Рубцов В. П, Дискретный электропривод механизмов электротермических установок. — M.: Энергоатомиздат, 1986, с. 36 — 39.,;5M 1644351 А1 (54) УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговых электроприводах периферийных устройств вычислительной техники, станков с программным управлением и промышленных роботов. Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей усилителя путем использования его для двигателя с магнитно-связанными фазами. Усилитель содержит каналы по числу пар фаз, каждый из которых включает две магнитносвяэанные фазы 1 и 2 двигателя, управляе1644351

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе с двигателем, имеющим магнитно-связанные фазы.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей путем использования для двигателей с магнитно-связанными фазами, а также повышение быстродействия, На чертеже приведена функциональная схема усилителя мощности, Усилитель содержит каналы, каждый из которых связан с двумя магнитно-связанными фазами 1 и 2 двигателя и включает в себя основные ключи 3 и 4, ключ 5 фармировки, разделительный диод 6 и узел 7 управления ключом форсировки (УКФ).

Последний может быть выполнен с использованием различных физических принципов, например управление может осуществляться в функции времени, частоты, уровня тока.

В дальнейшем рассмотрение усилителя проводится для случая управления ключом форсировки в функции тока фазы.

Узел УКФ в этом случае выполнен на компараторе 8. В него также входят датчик

9 тока, задатчик 10 тока и имеется обратная связь на резисторе 11.

Фазы 1 и 2 соединены с основными ключами 3 и 4 соответственно, а вторыми выводами — между собой, с ключом 5 форсировки и через диод 6 — с шиной источника низкого уровня U>, Ключи 3 и 4 вторыми выводами соединены между собой и через датчик 9 тока — с общей точкой усилителя. Выход датчика 9 тока подключен к первому входу компаратора 8. К второму входу компаратора 8 подключены задатчик 10 тока и резистор

11; осуществляющий обратную связь с выхода ключа 5 форсировки. эом. мые основными ключами 3 и 4 и ключом 5 форсировки от источников высокого и низкого уровня, разделенных диодом 6, Ключ форсировки 5 управляется узлом 7, состоящим из компаратора 8, на входах которого сравниваются сигналы датчика 9 тока и задатчика 10 тока, Узел 7 обеспечивает режим импульсной стабилизации тока фазы за счет

Усилитель работает следующим обра5

45 обратной связи с помощью резистора 11 с выхода ключа 5 форсировки на, вход компаратора 8, Объединение в каждом канале двух магнитно-связанных фаз позволяет сократить аппаратурные затраты„повышение среднего значения тока фазы в режиме импульсной стабилизации увеличивает диапазон частот шагового двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил, В зависимости от способа коммутации фаз в исходном состоянии часть фаэ двигателя находится под током и шаг двигателя осуществляется за счет переключения тока из фазы 1 в фазу 2 (или наоборот} или отключения фазы, находившейся в исходном состоянии под током, Предположим, что под током находится фаза 2 i-го канала, а шаг осуществляется переключением тока из фазы 2 в фазу 1. 8 исходном состоянии в фазе 2 протекает ток удержания от источника низкого уровня U> к общей точке усилителя по цепи 6 — 2 — 4 — 9.

В дальнейшем работа усилителя осуществляется в одном иэ двух режимов, задаваемых уровнем на выходе задатчика 10 тока.

При необходимости вращения двигателя с высокой частотой, т.е. с обеспечением форсировки, уставка на выходе задатчика 10 тока устанавливается на высоком уровне, в диапазоне низких частот, когда форсировка не требуется — на нулевом уровне. Это может быть осуществлено изменением уровня опорного напряжения 0з или любым другим известным способом.

Сначала рассматривается режим работы с форсировкой.

В этом режиме уставка задатчика 10 тока равна или несколько меньше тока удержания, поэтому компаратор 8 находится в состоянии, обеспечивающем закрытое состояние ключа 5 форсировки.

При совершении шага сигнал Fi принимает значение "Лог.1", а F — "Лог.0",, ключ 4 закрывается, ключ 3 открывается и направление магнитного потока, сцепленного с фазами 1 и 2, начинает изменяться на противоположное. Первоначально происходит рекуперация энергии электромагнитного поля, ток протекает во встречном направлении — от общей точки усилителя к источнику высокого уровня Uz по цепи 9- 3—

1 — 5. Одновременно с переключением ключей 3 и 4 узел 7 открывает ключ 5 форсировки, так как сигнал датчика 9 тока скачком

1644351 же элементов — ключа форсировки 5 и узла

7 УКФ. Процессы в.фазе 2 протекают аналогично описанным для фазы 1.

При работе в области низких частот, т,е. когда форсировка тока фазы не требуется, уставка задатчика 10 тока равна нулю, что обеспечивает состояние компаратора 8, при котором ключ 5 форсировки закрыт независимо от уровня тока фазы. Ток в фазе протекает от источника низкого уровня U<, например, по цепи 6 — 1 — 3 — 9 и имеет гладкую форму, что уменьшает колебания скорости. Рекуперация при отключении одной иэ фаэ осуществляется на источник высокого уровня Uz через включаемую фазу, например, по цепи 9 — 4 — 2 — 5, Формула изобретения

Составитель В.Алфимов

Техред M. Моргеитал Корректор Н. Король

Редактор М.Бланар

Ззкзэ 1247 Тираж 355 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат."Патент"; г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 с изменяется и становится менее уровня эадатчика 10 тока, что вызывает переключение компаратора 8. Открывание ключа 5 увеличивает уровень задатчика 10 тока за счет обратной связи через резистор 11, 5

По окончании рекуперации ток фазы

1 меняет знак и начинается его форсированное нарастание. Схема обеспечивает использование одной и той же цепи из элементов 9 — 3 — 1 — 5 как для тока рекупера- 10 ции, так и для рабочего тока фазы, Ключ 5 форсировки открыт, пока не достигнут уровень тока, установленный задатчиком 10 тока. При достижении его ключ 5 закрывается. Фаза 1 отключается от источ- 15 ника высокого уровня Uz и подключается через разделительный диод 6 к источнику низкого уровня 01, при этом ввиду изменения тока через резистор уставка задатчика

10 тока уменьшается. Под действием ЭДС 20 вращения ток фазы 1 начинает уменьшаться и в момент, когда он достигает уровня эадатчика 10 тока, компаратор 8 переключается и снова включает ключ 5.

Фаза 1 снова попадает под действие 25 напряжения форсировки.

Далее процесс повторяется, обеспечивая при совершении шага импульсную стабилизацию тока фазы, при этом зз счет форсированного нарастания тока повыше- 30 ется среднее значение тока фазы и, тем самым, быстродействие двигателя, В процессе отработки шага ЭДС вращения меняет знак и при очередном закрывании ключа 5 спадание токе уже не происходит. 35

Процесс импульсной стабилизации прекращается и завершение шага сопровождается нарастанием тока в фазе 1 под воздействием источника U> и ЭДС вращения.

При очередном переключении сигналы 40 управления принимают значения F

"Лог.0", Fl — "Лог.1", фаза 1 выключается, а в фазе 2 начинается процесс рекуперации, а затем форсированного нарастания тока.

При этом вследствие противофазного ха- 45 рзктера работы обмоток 1 и 2, указанные процессы обеспечиваются с помощью тех

1. Усилитель мощности для управления шаговым двигателем с четным числом фзз, содержащий каналы по числу пар фаз, каждый иэ которых включает в себя два основных ключа, связывающих фазы с абщей шиной через датчик тока, ключ форсировки, соединяющий общую точку фзэ с выводом источника питания и узел управления ключом форсировки, соединенный выходом с ключом форсировки, о т л и ч з ю шийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем использования для двигателей с магнитно-связанными фазами каждой пары, все ключи выполнены в виде встречно-параллельно соединенных диода и транзистора, и дополнительно введен диод, соединяющий общую точку фзэ с выводом низкого напряжения источника wтания.

2. Усилитель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, узел управления ключом форсировки включает в себя компаратор, один вход которого соединен с датчиком тока, другой — с задатчиком тока и через резистор — с общей точкой фаэ, а выход — с управляющим входом ключа форсировки.