Многоканальный усилитель мощности для управления шаговым двигателем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕПЛЬСТВУ (и) 551788 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06,05,75 (21) 2130889/07 с присоединением заявки №(23) Приоритет (S1) М. К .

Н 02Р 7/62

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 25 03.7 Бюллетень ¹ 11 (53) УДК 621.313.. l3, 133.3-525 (088. 8) (45) Дата опубликования описания17.06.77 (?2) Авторы изобретения В. П. Рубцов, М. С. Зайдин, Е. А. Петрыкин, Ю. Г. Филатов и В. Н. Козырев (71) Заявитель Специальное констРУктоРское и технологическое бюРо низковольтного аппаратостроения Московского завода низковольтной аппа атуры ат в ."МЩ (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОШНОСТИ

ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВ РУГАТЕЛЕМ

1 2

Изобретение относится к системам автоматического управления с шаговыми двигателями и может быть использовано, например, в приводах подач станков с программным управлением. 5

Известны усилители мощности для управления шаговым двигателем, каждый канал в которых содержит послздователь но включенные датчик тока, основной ключевой элемент, обмотку управления двига- 1р теля и вспомогательный ключевой элемент(1).

Недостатком таких схем является низкая надежность и повышенные потери, обусловленные коммутацией ключевых элементов с 15 высокой частотой.

Известен также усилитель мощности, ñîдержащий в каждом. канале датчик тока, основной ключевой элемент, обмотку управления двигателя и вспомогательный ключе- 20 вой элемент (2). В указанной схеме цепочка, состоящая из обмотки управления двигателя, основного ключевого элемента и датчика тока, подключена через разделительный диод к источнику низкого напряжения 25 и через вспомогательныйключевой элемент

- к источнику высокого напряжения.

Недостатком такого усилителя является невозможность стабилизации тока в обмотке управления двигателя, что снижает быстродействие двигателя и надежность усилителя.

Бель изобретения - повышение быстродействия двигателя и надежности устройства

Это достигается введением в устройст» во элемента ИЛИ и регулятора напряжения, связывающего источник низкого напряжения с разделительными диодами всех каналов усилителя и подключенного своим входом к выходу элемента ИЛИ, соединенного входами с датчиками токов всех каналов.

Кроме того, усилитель снабжается пороговым элементом, связывающим выход регулятора напряжения с его входом.

На чертеже приведена блок-схема усилителя мощности.

Устройство содержит регулятор напряжения 1, связанный с обмотками управле551788 ния 2 двигателя через разделительные диоды 3. Каждый канал усилителя мощноти содержит основной ключевой элемент 4, датчик тока 5, соединенный с одним входом триггера 6, управляющего работой 5 вспомогательного ключа 7. Второй вход триггер а 6 п одключен к входу основного ключевого элемента 4, так же соединенного с соответствующим выходом распр делителя импульсов 8. Выходы датчиков 10 тока всех каналов подключены кроме того к входам элемента ИЛИ 9, выход которого связан с входом регулятора напряжения 1.

Эта цепь образует отрицательную обратную связь по току. Пороговый элемент 10, 15 соединяющий выход регулятора 1 с его входом, образует цепь отсечки по напряжению. Элемент ИЛИ 11, подключенный к входам распределителя импульсов 8, и функциональный преобразователь 12 20 образуют контур регулирования по основнс му возмутцающему воздействию частоте управляющих импульсов.

Регулятор напряжения 1 может быть импульсным, как показано, например, на чертеже, и включать в себя ключевой элемент К, импульсный модулятор ИМ и фильтр L С, либо любого другого типа, дискретного или aI-.1логового.

Усилитель мощности работает следующим образом.

При поступлении управляющего импульса на вход В (вперед)или Н (назад) распределителя импульсов 8 на одном из его выходов вырабатывается сигнал, отпирающий основной ключ 4 и переводящий триггер 6 в положение, соответствующее от» крытому вспомогательному ключу 7. В результате этого к соответствующей о6мотке управления 2 прикладывается повышенное напряжение Ll< и происходит форсированное нарастание тока. Разделительные диоды 3 отделяют каналы усилителя друг оТ друга и предотвращают короткое замы» кание источника 0 при открытом клю че 7.

Когда ток в обмотке 2 достигает задан- 50 ного значения, датчик тока 5 переводит триггер 6 в состояние, соответствующее запертому ключу 7, и обмотка 2 подклк>чается к выходу регулятора напряжения 1.

В этом случае напряжение обратной связи по току Ц-,снимаемое с выхода элемента ИЛИ 9, поступая на вход регулятора напряжения 1, обеспечивает поддержание заданного значения тока в обмотке управления двигателя или в общем случае 60 регулирование его в соответствии с законом изменения задающего напряжения 0

Введение регулятора напряжения 1 в схему усилителя мощности (в общем случае их может быть несколько, в пределе по одному регулятору на каждый канал уси« лителя) с отрицательной обратной связью по току, снимаемой со всех каналов усилителя, позволяет наиболее просто осуществить контроль тока во всех каналах усилителя независимо от числа одновременно включенных каналов. Подача на вход регулятора сигналов со всех датчиков тока через элемент ИЛИ делает усилитель мощности инвариантным к числу включенных каналов, что является особенно важным при несимметричной коммутации .шагового двигателя, когда число одновременно включенных обмоток управления изменяется DT такта к такту.

Регулятор напряжения позволяет также расширить функциональные возможности уси лителя мощности.

Известно, что даже при сохранении постоянства максимального значения тока в обмотках управления двигателя, развиваемый им момент с ростом частоты уменьшается, что обусловлено изменением гармонического состава кривой фазного тока. Корректирование частотных характеристик шагового привода в предлагаемом усилителе мощности осуществляется путем подачи на вход регулятора 1 сигнала U, пропорционального частоте управляющих импульсов и снимаемого с выхода функциональн< го преобразователя 12. При введении всех рассмотренных связей напряжение на входе регулятора будет определяться как и =и ++u -о -(yU,„-è.), вх где U — выходное напряжение регулярн тора; у — коэффициент усиления цепи обратной связи по напряжению;

0 — напряжение отсечки пороговоо го элемента; и„=(г V,„-u,> — сигнал обратной связи по напряжению.

Настройкой функционального блока 1 2 можно обеспечить такой закон изменения

U при котором момент двигателя будет неизменным в определенном диапазоне частот, либо добиться увеличения момента двигателя с ростом частоты. Рассмот ренная структура усилителя мощности позволяет вводить и другие сигналы на вход регулятора напряжения 1, например снижать напряжение (ток) в режиме стоянКи

551788

Составитель Н. Сухоярская

Редактор P. КиселеваТехред А. Богдан Корректор А. Власенко

Заказ 135/32 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, (при =0), отключать двигатель в паузах между импульсами управления и т. д.

Сигнал О„отсечки по напряжению ограничивает выходное напряжение регулятора

U при малых токах нагрузки, что яврн ляется обязательным при резких колебаниях тока, нагрузки регулятора, имеющих место в усилителе мощности.

Ф ормула изобретени я

1. Многоканальный усилитель мощности для управления шаговым двигателем, каждый канал которого содержит цепочку из последовательно соединенных обмотки управления двигателя, основного ключевого элемента и датчика тока, подключенную к источнику питания высокого напряжения через вспомогательный ключевой элемент, а к HcTî÷íèêó низкого напряжения — через разделительный диод, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия двигателя и надежности устройства, введены элемент ИЛИ и регулятор напряжения, связывающий один из источников с разделительными диодами всех каналов и подключенный своим входом к выходу элемента ИЛИ, соединенного входар ми с датчиками токов всех каналов.

2. Усилитель по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что введен пороговый элемент, связывающий выход регулятора напряжения с его входом.

)5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Книга "Дискретный ирппод .»од;- .. станков", С-l станкостроение„. -ЯИМ.- П, 1975 г., стр. 48-54.

20 2. Патент СНА% 3560821,. кл, .! i 8/.I 3 -, 02.02.71 (прототип).