Шаговый электропривод

Изобретение относится к электротехнике, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов, управления рулями ракетных снарядов и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Задачей изобретения является повышение надежности управления шаговым электродвигателем при воздействии большого количества помех, возникающих в моменты коммутации обмоток электродвигателя. Шаговый электропривод содержит шаговый электродвигатель, каждая фазная обмотка которого подключена к выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, верхние силовые ключи которого, шунтированные возвратными диодами, подключены к первому выводу постоянного напряжения питания, а нижние силовые ключи подключены к первому выводу датчика тока, второй вывод которого соединен со вторым выводом постоянного напряжения питания и с первыми выводами возвратных диодов, вторые выводы которых присоединены соответственно к первому и второму выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, входы управления силовых ключей которого подключены к выходам блока управления, содержащего логический распределитель импульсов управления мостовым преобразователем и узел ШИМ стабилизации тока фазы шагового электродвигателя, состоящий из триггера, на вход синхронизации которого подаются импульсы синхронизации, и компаратора, выход которого подключен к входу сброса триггера, первый вход - к первому выводу датчика тока, а второй вход - к источнику опорного напряжения, при этом в компаратор введен вход стробирования, соединенный с входом синхронизации триггера. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

В настоящее время известен шаговый электропривод (Г.И. Гульков, Ю.Н. Петренко, Е.П. Раткевич, О.Л. Симоненкова. Системы автоматизированного управления электроприводами. Учебное пособие. Под общ. ред. Ю.Н. Петренко. - Минск: ООО «Новое знание», 2004, стр. 209-212), содержащий шаговый электродвигатель каждая фазная обмотка которого подключена к выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, верхние силовые ключи которого, шунтированные возвратными диодами, подключены к первому выводу постоянного напряжения питания, а нижние силовые ключи подключены к первому выводу датчика тока, второй вывод которого соединен со вторым выводом постоянного напряжения питания и с первыми выводами возвратных диодов, вторые выводы которых присоединены к соответствующим выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, входы управления силовых ключей которого подключены к выходам блока управления, содержащего логический распределитель импульсов управления мостовым преобразователем и узел ШИМ стабилизации тока фазы шагового электродвигателя.

Недостатком известного устройства является низкая надежность в связи с тем, что электропривод теряет устойчивость управления шаговым электродвигателем, так как аналоговая часть системы ШИМ-стабилизации тока фаз двигателя подвержена воздействию большого количества помех, возникающих в моменты коммутации обмоток электродвигателя.

Известен также шаговый электропривод (Электронная техника в автоматике. Сборник статей под редакцией Ю.И. Конева. Выпуск 9. Издательство «Советское радио», Москва, 1977 г., стр. 13-17), содержащий шаговый электродвигатель каждая фазная обмотка которого подключена к выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, верхние силовые ключи которого, шунтированные возвратными диодами, подключены к первому выводу постоянного напряжения питания, а нижние силовые ключи подключены к первому выводу датчика тока, второй вывод которого соединен со вторым выводом постоянного напряжения питания и с первыми выводами возвратных диодов, вторые выводы которых присоединены к соответствующим выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, входы управления силовых ключей которого подключены к выходам блока управления, содержащего логический распределитель импульсов управления мостовым преобразователем и узел ШИМ стабилизации тока фазы шагового электродвигателя, состоящий из триггера, на вход синхронизации которого подаются импульсы синхронизации, и компаратора, выход которого подключен к входу сброса триггера, первый вход - к первому выводу датчика тока, а второй вход - к источнику опорного напряжения.

Недостатком известного устройства является низкая надежность в связи с тем, что электропривод теряет устойчивость управления шаговым электродвигателем, так как аналоговая часть системы ШИМ-стабилизации тока фаз двигателя подвержена воздействию большого количества помех, возникающих в моменты коммутации обмоток электродвигателя.

Наиболее близким к предлагаемому является шаговый электропривод (Datasheets for electronics components L297. Stepper motor controllers. STMicro-electronics group of companies. December 2001), содержащий шаговый электродвигатель, каждая фазная обмотка которого подключена к выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, верхние силовые ключи которого, шунтированные возвратными диодами, подключены к первому выводу постоянного напряжения питания, а нижние силовые ключи подключены к первому выводу датчика тока, второй вывод которого соединен со вторым выводом постоянного напряжения питания и с первыми выводами возвратных диодов, вторые выводы которых присоединены к соответствующим выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, входы управления силовых ключей которого подключены к выходам блока управления, содержащего логический распределитель импульсов управления мостовым преобразователем и узел ШИМ стабилизации тока фазы шагового электродвигателя, состоящий из триггера, на вход синхронизации которого подаются импульсы синхронизации, и компаратора, выход которого подключен к входу сброса триггера, первый вход - к первому выводу датчика тока, а второй вход - к источнику опорного напряжения.

Недостатком известного устройства является низкая надежность в связи с тем, что электропривод теряет устойчивость управления шаговым электродвигателем, так как аналоговая часть системы ШИМ-стабилизации тока фаз двигателя подвержена воздействию большого количества помех, возникающих в моменты коммутации обмоток электродвигателя.

Задачей изобретения является повышение надежности управления шаговым электродвигателем.

Поставленная задача достигается тем, что для исключения потери устойчивости управления шаговым электродвигателем в компаратор введен вход стробирования, соединенный с входом синхронизации триггера.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фигуре 1 приведена схема электрическая шагового электропривода, а на фигуре 2 - диаграммы токов и напряжений на элементах устройства.

Шаговый электропривод содержит шаговый электродвигатель, каждая фазная обмотка 1 которого подключена к выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя 2, верхние силовые ключи которого 3, 4, шунтированные возвратными диодами 5, 6, подключены к первому выводу постоянного напряжения питания 7, а нижние силовые ключи 8, 9 подключены к первому выводу датчика тока 10, второй вывод которого соединен со вторым выводом постоянного напряжения питания 11 и с первыми выводами возвратных диодов 12, 13, вторые выводы которых присоединены соответственно к первому и второму выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя 2, входы управления силовых ключей 3, 4, 8, 9 которого подключены к выходам блока управления 14, содержащего логический распределитель импульсов управления мостовым преобразователем 15 и узел ШИМ стабилизации тока фазы шагового электродвигателя 16, состоящий из триггера 17, на вход синхронизации которого подаются импульсы синхронизации, и компаратора 18, выход которого подключен к входу сброса триггера 17, первый вход - к первому выводу датчика тока 10, а второй вход - к источнику опорного напряжения 19, особенностью предлагаемого нового технического решения является то, что в компаратор введен вход стробирования, соединенный со входом синхронизации триггера.

Шаговый электропривод (фигура 1) работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме.

Допустим, в начальный момент времени t₀ (фигура 2) приходит отпирающий импульс управления 20 на управляющий вход верхнего силового ключа 3 мостового преобразователя напряжения 2. Одновременно на вход синхронизации триггера 17 приходит короткий импульс 21, и на выходе триггера устанавливается напряжение, разрешающее подачу отпирающего напряжения 22 на управляющий вход нижнего силового ключа 9. При этом через обмотку 1 шагового электродвигателя начинает протекать ток 22, а на датчике тока 10 появляется напряжение 23, пропорциональное величине тока, проходящего через обмотку шагового электродвигателя 24.

В связи с тем что индуктивность обмотки шагового электродвигателя 1 велика, ток через обмотку начинает расти практически линейно, при этом также линейно растет напряжение на датчике тока 10. При достижении напряжением на датчике тока 10 величины, равной напряжению на источнике опорного напряжения 19 (момент времени t₂), срабатывает компаратор 18 и на вход триггера 17 поступает сигнал сброса, триггер 17 переходит в другое устойчивое состояние и на выходе триггера устанавливается напряжение, запрещающее подачу отпирающего напряжения 22 на управляющий вход нижнего силового ключа 9. Ключ 9 запирается, и ток обмотки 1 начинает протекать по контуру, состоящему из ключа 3 и диода 6. Ток в обмотке начинает спадать до момента прихода очередного импульса синхронизации t₃. Таким образом, в обмотке 1 поддерживается постоянная величина тока управления шаговым электродвигателем.

В реальной конструкции устройства управления шаговым электродвигателем аналоговая часть системы стабилизации тока обмоток 1 является нестабильной вследствие того, что сигнал, снимаемый с датчика тока 10, содержит большое количество помех. Помехи возникают в моменты коммутации ключей 3, 4, 8, 9, и при этом величина напряжения помех на входе компаратора 18 может, по амплитуде, превышать величину полезного сигнала 23. Для ликвидации этого эффекта введен вход стробирования компаратора 18, на который поступает сигнал синхронизации, запрещающий срабатывание компаратора 18 на время прохождения напряжения помехи (t₀-t₁).

Техническим результатом от использования предлагаемого технического решения является повышение надежности управления шаговым электродвигателем путем исключения ложной коммутации силовых ключей при наличии значительного напряжения помех на элементах устройства.

Шаговый электропривод, содержащий шаговый электродвигатель, каждая фазная обмотка которого подключена соответственно к первому и второму выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, верхние силовые ключи которого, шунтированные возвратными диодами, подключены к первому выводу постоянного напряжения питания, а нижние силовые ключи подключены к первому выводу датчика тока, второй вывод которого соединен со вторым выводом постоянного напряжения питания и с первыми выводами возвратных диодов, вторые выводы которых присоединены соответственно к первому и второму выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, входы управления силовых ключей которого подключены к выходам блока управления, содержащего логический распределитель импульсов управления мостовым преобразователем и узел ШИМ стабилизации тока фазы шагового электродвигателя, состоящий из источника опорного напряжения, триггера, на вход синхронизации которого подаются импульсы синхронизации, и компаратора, выход которого подключен к входу сброса триггера, первый вход - к первому выводу датчика тока, а второй вход - к источнику опорного напряжения, отличающийся тем, что для повышения надежности в компаратор введен вход стробирования, соединенный с входом синхронизации триггера.