Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми электродвигателями . Цель изобретения - повышение плавности движения выходного вала. Устройство содержит распределитель импульсов 1, выходы которого соединены с управляющими входами, источник постоянного тока 8, подключенный к фазам 7-10 двигателя через диоды 11, накопительный конденсатор 12, ключе- ,вые элементы 13, 14, разрядные диоды 15-18, форсирующий конденсатор 19, обратные диоды 20, блок 21 сравнения частоты управляющих импульсов с пороговым значением, дополнительный ключевой элемент 22 и трансформатор 23. При увеличении частоты управляющих импульсов выше порогового значения на выходе блока 21 формируется сигнал замыкания ключа 22. В результате коммутации обмоток трансформатора 23 изменяется его эквивалентная индуктивность , изменяется характер процесса перезаряда конденсаторов 12, 19, вследствие чего изменяется уровень остаточного напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12 и изменяется длительность форсированного спада тока вотключаемой фазе 8. 2 ил. о «э

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИМИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51,15 Н 02 Р 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И AВТОРСКОЯУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4698045/07 (22) 31. 05.89 (46) 23.04.91. Бюл. Р 15 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) С.N,Äåðèïàñêî, В.И, Саввин, А.П,Сеньков и И.В.Топоров (53) 6? 1.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 944051, кл. Н 02 Р 8/00, 1982„

Авторское свидетельство СССР

Р 1403331, кл, Н,02 Р 8!00, 1988. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИАГОBbIM ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электро— технике и может быть использовано для управления щаговыми электродвигателями. Цель изобретения — повышение плавности движения выходного вала.

Устройство "одержит распределитель импульсов 1, выходы которого соединены с управляющими входами, источник постоянного тока 8, подключенный к и

Изобретение относится к электро— технике и может быть использовано для управления шаговыми электродвигателями либо электромеханическими преобразователями, применяемыми в системах автоматики и робототехники.

Цель изобретения — повышение плавности движения выходного вала двигателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2— диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит распределитель импульсов 1, выходы которого

ÄÄSUÄÄ 1644354 А 1

2 фазам 7-10 двигателя через диоды 11, накопительный KQHp енсатор 1 2, ключе,вые элементы 13, 14, разрядные диоды

15-18, форсирующии конденсатор 19, обратные диоды 20, блок 21 сравнения частоты управляющих импульсов с пороговым значением, дополнительный ключевой элемент 22 и TpRHcAopMGTop 23, При увеличении частоты управляющих импульсов выше порогового значения на выходе блока 21 формируется сигнал замыкания ключа 22. В результате коммутации обмоток трансформатора 23 изменяется его эквивалентная индуктивность, изменяется характер процесса перезаряда конденсаторов 12, 19, вследствие чего изменяется уровень остаточного напряжения на обкладках накопительного конденсатора t 2 и изменяется длительность форсированного спада тока э отключаемой фазе 8.

2 ил. соединены с управляющими входами усилителя мощности, состоящего из кл:очей 2-5 по числу фаз, источник пос- ©д тоянного тока 6, подключенный к фазам 7-10 двигателя через раздели- фь тельные диоды 11, форсирующие цепи, соединенные с группами неодновременно включаемьх фаз и включающие в себя накопительный конденсатор 12, ключевые элементы 13, 14, разрядные диоды 15-18, соединяющие в пределах каждой группы выводы фаз 7-10 с накопительным конденсатором 12 соответствующей форсирующей цепи, форсирующий конденсатор 19, соединенный

1644354

25 через ключевой элемент 13 с общей точкой фаз одной группы, которая через обратные диоды 20 соединена с общей шиной. Блок сравнения частоты

21 служит для сравнения частоты.

5 управляющих импульсов с пороговым значением. Каждая форсирующая цепь снабжена дополнительным ключевым элементом 22 и трансформатором 23. Первая обмотка трансформатора 23 включена между точкой соединения форсирующего конденсатора 19 с ключев ым элементом 13 и общей точкой разрядных диодов 15-18 соответствующей форсирующей цепи через дополнитель ньй ключевой элемент 22. Управляющий вход дополнительного ключевого элемента 22 соединен с выходом блока сравнения частоты 21. Другая обмотка трансформатора 23 включена через ключевой элемент 14 встречно-па раллельно по отношению к первой.

Устройство работает слецующим об раз ом.

Предположим,что одна из фаз 8 шагового двигателя в момент времени отключается, другая. фаза 10 включается, а третья фаза 9 остается включенной, т.е ° рассмотрим работу устройства при однополярной парной

30 системе коммутации фаз электродвигателя. При замыкании ключевого элемента 5 фаза 10 подключается к источнику питания 6. Управляющие импульсы также поступают на ключевой элемент 35

13. Предварительно заряженный в предыдущем такте коммутации форсировочный конденсатор 19 разряжается на включаемую фазу 10 двигателя по цепи: ключевой элемент 13 — вклю- 40 чаемая фаза 10 †.замкнутый ключевой элемент 5. При разряде форсировочного конденсатора 19 осуществляется форсированное нарастание тока во включаемой фазе 10 двигателя в тече- 45 пие времени t --t<, как показано на . фиг. 2, где I <О- ток в фазе 10 двигателя. При снижении напряжения на обкладках форсировочного конденсатора 19 до значения напряжения источ- 50 ника питания 6 ключевой элемент 13 запирается. Тогда через включаемую

Г фазу 10 двигателя протекает ток от источника питания 6 по цепи: разделительный диод 11 — фаза двигателя 55

10 — ключевой элемент 5. В это же время происходит размыкание ключевого элемента 3 (момент tz на фиг. 2) .

Фаза 8 двигателя откпючается or ucточника питания 6. За счет энергии, запасенной в магнитном поле отключаемой фазы 8, происходит заряд накопительного конденсатора 12. Ток протекает по следующему контуру: разрядный диод 15 — накопительный конденсатор 12 — обратный диод 20 - отключаемая фаза 8. Длительность переходного процесса спадания тока фазы зависит от уровня и знака напряжения на обкладках накопительного конденсатора

12 в момент коммутации фазы двигателя. Причем, чем выше уровень напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12 в момент отключения фазы от источника питания, тем меньше время лереходного процесса спадания тока в отключаемой фазе 8 двигателя.

При уменьшении уровня напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12 до нуля или даже смене знака напряжения время переходного процесса спадания тока в отключаемой фазе

8 двигателя увеличивается. На фиг. 2 показано напряжение на обкладках накопительного конденсатора 12. Ток

I — в отключаемой фазе 8 двигателя, на низкой частоте переключений фаз двигателя (время -й,) и на высокой частоте (время 1 -С ) при начальном значении напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12, равном нулю. Следовательно, изменяя уровень напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12 в момент коммутации фаз двигателя, изменяют время переходного процесса спадания тока в отключаемой фазе 8 двигателя.

Одновременно с приходом следующеro управляющего импульса на распределитель импульсов 1 импульсы управления поступают на ключевой элемент 14, При включении ключевого элемента 14 накопительный конденсатор 12 перезаряжается по следующему контуру: ключевой элемент 14 - согласно включенная обмотка трансформатора 23форсировочный конденсатор 19 ° По встречно включенной обмотке трансформатора 23 ток не протекает, так как на низкой частоте переключений фаз ключевой элемент 22 разомкнут. Процесс перезаряда накопительного конденсатора 12 может быть как периодическим, так и апериодическим в зависимости от значения индуктивности обмотки трансформатора 23 (индуктивное сопротивление контура. перезаряда конденсаторов равно емкостному

5 16 сопротивлению данного контура), переходный процесс в контуре перезаряда становится периодическим. По окончании переходного процесса напряжение на обкладках накопительного конденсатора 12 уменьшается до нуля (фиг.2 диаграмма U<<, время tq.) или даже изменяет знак. При уменьшении тока, протекающего в контуре перезаряда до нуля, ключевой элемент 14 запирается (фиг. 2, диаграмма тока I, время t -t4.) . Напряжение на обкладках накопительного 12 и форсировочного 19 коцценсаторов сохраняется до следующего включения фаз двигателя.

При последующих переключениях фаз двигателя работа устройства на низких частотах повторяется.

При увеличении частоты управляю щих импульсов выше порогового значения на выходе блока сравнения . частоты 21 формируется сигнал единичного уровня, который разрешает прохождение управляющего импульса на управляющий вход ключевого элемента

22, осуществляя его замыкание (saмыкание и размыкание ключевого элемента 22 осуществляется синхронно с ключевым элементом 14) ° В этом случае изменяется эквивалентная индуктивность трансформатора, включенного в контур перезаряда. При протекании по обмоткам трансформатора 23 равных по значению токов и учитывая, что коэффициент связи между обмотками,. которые намотаны на одном сердечнике, равен 0,95-0,99, эквивалентная индуктивность уменьшается.

При таком включении обмоток эквивалентная индуктивность трансформатора равна

L»I + М эКВ L»+ LR+ 2H где L 1, L — индуктивности первой и второй обмоток трансформатора соответственно, .М вЂ” коэффициент взаимоиндукции.

Тогда процесс перезаряда конденсаторов 12, 19 становится апериодическим. В этом случае уменьшается длительность форсированного спадания тока в отключаемой фазе 8 двигателя (фив. 2, диаграмма тока Ig — в отключаемой фазе 8, интервал t - 6 и диаграмма тока I — в контуре перезаряда, иитервал t>-t6). С приходом следующего управляющего импульса ра44354

55 бота устройства повторяется, При переключениях фаз 7, 9 двигателя форсированньп» спад и нарастание тока обеспечивают конденсаторы f 2, 19 со- ответствующей форсировочной цепи.

При таком выполнении устройства достигается повышение плавности движения выходного вала путем изменения степени форсирования процесса спадания тока в отключаемой фазе шагового электродвигателя в функции частоты управляющих импульсов, при сохранении высоких динамических характеристик двигателя.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами усилителя мощности, состоящего из ключей по числу фаз, источник постоянного тока, подключеннь»»» к фазам двигателя через разделительные диоды, форсирующие цепи, соединенные с группами неодновременно включаемых фаз, каждая из которых включает в себя накопительный конденсатор, два ключевых элемента, разрядные диоды, соединяющие в пределах каждой группы выводы фаз с накопительным конденсатором соответствуюшей форсирующей цепи, форсирующий конденсатор, соединенный через первый ключевой элемент с общей точкой фаз одной группы, которая через обратные диоды соединена с общей шиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения плавности движения выходного вала двигателя, в устройство введен блок сравнения частоты управляющих импульсов с пороговым значением, а каждая форсирующая цепь снабжена дополнительным ключевым элементом и трансформатором, первая обмотка которого включена последовательно с дополнительным ключевым элементом между точкой соединения форсирующего конденсатора с первым ключевым элементом и общей точкой разрядных диодов соответствующей форсирующей цепи, другая обмотка трансформатора включена через второй ключевой элемент встречнопараллельно по отношению к первой, управляющий вход дополнительного ключевого элемента подключен к выходу блока сравнения, вход которого под-! ключен к входу тактовой частоты распределителя импульсов.

1644354

Фиг 1 бо ) й2 4 у tg

Составитель В.Ллйимов

Текред М.Дидык Корректор Т. Малец

Редактор О.Стенина

Заказ 1467 Тираж 356 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