Устройство для управления многофазным шаговым электродвигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее источник постоянного напряжения, связанный через многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвигателя , распределитель импульсов, делитель частоты, блок программного управления и форсирующие цепи, состояпцие из конденсаторов, диодов и тиристоров и образующие две группы, г дключенньЛ соответственно к нечетным и четным каналам усилителя мощности, отличающееся тем, что, с целью расщирения диапазона рабочих частот, оно снабжено дросселем, тремя ключами, триггером, блоком сравнения частоты, элементом И, одновибратором и конденсатором, п(соединенным к шинам источника питания, вход ооновибротора к входу делителя частоты н Bbixo ду блока программного управления, выход одновибратора - к первому входу элемента И, соединенному вторым входом с выходом блока сравнения частоты, подключенного входом к выходу делителя частоты и входу распределителя импульсов , причем выход элемента И подсоеди. нен к управляющему входу первого клю ча, связывающего дроссель, соединенный одним зажимом с одной шиной источни (П ка, с другой щиной источника питания, а два других ключа подсоединены управляющими входами к выходам триггера, подключенного счетным входом к выходу делителя частоты, каждый из двух последних одним силовым выводом подключен к зажиму дросселя и силовому выводу первого ключа, а другим к аноду тиристора одной из групп форсирующих цепей, соединенному катодом разсо делительного диода соответствующей группы обмоток.

.! ° I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) .

410. А

31511 Н 02 Р 8- 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтоесиомм свидетельствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3439017/24-07 (22) 18.05.82 (46) 23,08.83. Бюл. ¹ 31 (72) А. А. Афонин, Р; P. Билозор и Н. Г. Шербань (71) Институт электродинамики

АН Украинской CCP (53) 621.313.12-133.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 653714, кл. Н 02 P 8/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

% 813657, кл. Н 02 P 8/00, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР № 862345, кл. Н 02 P 8/00, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЪ|М ШАГОВЫМ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержашее источник постоянного напряжения, свя занный через многоканальный усилитель мошности с зажимами обмоток электродвигателя, распределитель импульсов, делитель частоты, блок программного управления и форсирующие цепи, состо.яшие иэ конденсаторов, диодов и тирис торов и обраэуюшие ase группы, г цключенныа соответственно к нечетным и четным каналам усилителя мошности, отличающееся тем,что,c целью расширения диапазона рабочих частот, оно снабжено цросселем, тремя ключами, триггером, блоком сравнения частоты, элементом И, оцновибратором и конценсатором, подсоединенным к ши» нам источника питания, sxoa одновибра тора к вхоцу делителя частоты и выхо ду блока программного управления, выход одновибратора - к первому входу элемента И, соединенному вторым вхо дом с выходом блока сравнения частоты, поцключенного входом к выхоцу целителя частоты и входу распрецелителя импуль сов, причем выход элемента И подсоеди, нен к управляюшему входу первого клю . ча, связывающего дроссель, соециненный оцним зажимом с оцной шиной источника, с цругой шиной источника питания, а два других ключа подсоединены управ ляюшими входами к выхоцам триггера, поцключенного счетным входом к выходу целителя частоты, кажцый.иэ цвух пос . ледних ключей одним силовым вывоцом подключен к зажиму дросселя и сипово му выводу первого ключа, а другим к аноду тиристора оцной из групп форсирую ших цепей, соециненному катоцом раэ целительного циоца соответствуюшей .группы обмоток.

1037410 t 2

Изобретение относится к. электротехнике и может быть использовано в схе мах питания цлиннохоцсвых линейных электромагнитных цвигателей, щаговых,, двигателей, поочередно включаемых электромагнитных механизмов и др.

Известно устройство цля управления электромеханическим преобразователем, например шаговым электродвигателем с поочерецно включаемыми обмотками, >0 содержащее источник tlocтоянного Toxh связанный через разцелительные диоды и многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвигателя, и форсирующие цепи, включающие в себя 35 конденсаторы, диоды и тиристоры Р 1) .

Недостатком этого устройства явля ется сложность, связанная с тем. что для обеспечения форсирования перехоцных. процессов к каждой из обмоток поц«20 ключены цва диоца, два тиристора и конценса тор, Известно также устройство цля управления электромеханическим преобразователем, например шаговым двигателем, 25 содержащее источник .постоянного тока, регулятор напряжения, И -канальный усилитель мощности и разряцные цепи из диодов, тиристоров и ковценсаторов, образующие цве группы $23 . 30

Недостатком этого устройства является сложность схемы, обусловленная тем, что для обеспечения форсирования пере ходных процессов к каждой из обмоток подключены два диода и два тиристора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к пред, лагаемому является устройство цля управления многофазным шаговым электро двигателем, содержащее источник посто- gp янного напряжения, связанный через многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электроцвигателя и цве группы форсирующих цепей, подключенных соответственно к нечетным и четным каналам усилителя мощности и состоящих из диодов, тиристоров и конценсато ров (3) .

Недостатком указанного -устройства является ограниченный диапазон рабочих gp частот, что связано с уменьшением амплитуды формирующих импульсов, с ростом частоты управления, Цель изобретения - расширение диана зона рабочих иастот устройства и цвига- 55 теля, Поставленная цель цостигается тем, что устройство, соце щашее источник постоянного напряжения, связанный через многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электроцвигателя, распределитель импульсов, це« литель частоты, блок программнОГс1 управления, форсирующие цепи, состоящие иэ конденсаторов, диоцов и тиристоров и образующие цве группы, подключенные соответственно к нечетным каналам усилителя мощности, снабжено дросселем, тремя ключами, триггером, блоком сравнения частоты, элементом И, одновибратором и конденсатором, подсое-.диненным к шинам источника питания, вхоц одновибратора подключен к входу целителя частоты и выходу блока программного управлении, выход оцновибратора — к первому входу элемента И, соединенному вторым вхоцом с выходом блока сравнения частоты, поцключенкого вхоцом к выходу делителя частоты и входу распределителя импульсов, причем выхоц элемента И подсоединен к управляющему входу первого ключа, связывающего цроссель. соединенный одним зажимом с одной шиной источника питания, с другой шиной источника питания, а два других ключа подсоединены управляющими входами к выходам триггера, поцключенного счетным вхоцом K выхоцу делителя частоты, каждый из двух посредник ключей оцним силовым вывоцом поцключен. к зажиму дросселя и сипово«: му выводу первого ключа, а другим — к аноду тиристора одной из групп форсирую-щих цепей. Катод тиристора подсоединен, к катоду разделительного циоца соответствующей группы обмоток.

На фиг. 1 приведена схема предла- ° гаемого устройства цля управления многофаэным шаговым двигателем при поочередной коммутации фаэ; на фиг. 2— временные циаграммы сигналов.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, распрецелитель 2 импульсов, усилитель 3 мощности, фазы (обмотки) двигателя нечетные 4 и чет ные 5 по последовательности включения, форсирующие конденсаторы 6 и 7 нечетных и четных групп IIQ послецовательности включения обмоток, тиристоры 8 и 9 форсирующих цепей групп обмоток, конденсатор 10 и диоцы 11 и 12 цепей заряда форсирующих конденсаторов, разделительные диоцы 13 и 14 групп обмоток, дроссель 15, управляемые ключи 16

18, элемент И 19, блок 20 сравнения частот, состоящих иэ частотного компара410 з 1037 тора 21 и генератора 22 импульсов пороговой частоты, триггер 23 переключения ключевйх элементов 17 и 18, оцно. вибратор 24, целитель 25 частоты управляющих сигналов регулируемой частоты, блок 26 программного управления комму гадией обмоток двигателя.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент поцключена 10 нечетная по послецовательности включения обмотка 4. Одновременно с отключением, нечетной обмотки 4 блоком 26 программного управления через -целитель 25,. частоты; распределитель 2 импульсов и 35 усилитель 3 мощности осуществляется подключение четной обмотки-5. При отключении обмотки 4 в ней возникает ЗДС. самоинцукдии, что приводит к.заряцу конценсатора 6 по цепи 4-11-6-10-14-4 20

as счет энергии, накопленной в магнитном поле отключаемой обмотки, вслецствие чего ток в этой обмотке быстро уменьшается, Напряжение, цо которого осуще-ствляется заряд конценсатора, повышено 25 . по сравнению с напряжением источника питания. К включаемой обмотке 5 при клацйвается напряжение конценсатора 7.

Повышенная величина напряжения конценсатора вызывает ускоренное нараста- 30 ние тока во включаемой обмотке. Разряцный ток протекает по цепи 7-9-5-3-7 причем конценсатор разряжается цо напряжения, равного напряжению источника пипания, после чего тиристор 9 запирается и по обмотке протекает ток от ис-. точника питания..

При отключении четной по послецовательности включения обмотки и поцключенни нечетной процессы протекают анало- @ гично. В этом случае заряц конценсатора осуществляется по цепи 5-12-7-10-135, а форсирующий ток в подключаемой обмотке протекает по цепи 6-8-4-3-6.

С ростом частоты коммутации фаэ цвигателя начиная с некоторой частоты (пороговой) начинается снижение величины тока, проткеаемого в обмотке к моменту ее отключения, что привоцит в итоге к уменьпк.нию напряжения на форсирующих конценсаторах и, как слецствие, уменьшению скорости нарастания тока при включении обмотки. Это означает, что

-:максимальная частота привеца or ðàíè÷èвается пороговой частотой. >5

С целью расширения циапазона рабочих частот устройство снабжено цросселем 15, с помощью которого осуществляется поцэаряц форсирующих конценсаторов в мо» менты между коммутацией фаз цвигателя.

На фиг. 2 привецены временные циаг раммы работы устройства. Сигналы, обозначенные одним штрихом, соответствуют случаю, когца рабочая частот та 1 ои меньше пороговой 1„о, а сит налы, обозначенные цвумя штрихами, соОтветствуют случаю, когтя рои 7. 1пор, Поцзаряц конденсаторов цросселем 15 осуществляется слецующим образом.

В блоке 20 сравнения частот генератор 22 пороговой частоты вырабатыва» ет сигналы, частота которых с помощью частотного компаратора 21 сравнивается с частотой управляющих сигналов, поцаваемых на распрецелитель 2 импуль-, сов. При ран с 1пс на выхоце компаратора 21 буцет сигнал логичес» кого нуля1 а при рцб 7 % и ор логической единицы. При наличии на вы хоце блока 20 сравнения частоты логи» ческого нуля (0 21 на фиг. 2 ) на выхоце элемента И 19 также буцет логи ° ческий нуль (Ц 19) и ключ 16 закрыт, т.е, поцзаряц цросселем. 15 фиксирующих конценсаторов не осуществляется. При наличии на выходе блока 20 логической единицы (U " 2 1 ) на оцном из вхоцов ф элемента И 19 есть разрешение на прохожцение сигналов по второму вхоцу от оцновибратора 24 (Ц 24).

Срабатывание оцновибратора 24 происхоцнт по переднему фронту управляющих импульсов, а целитель 25 частоты и триггер 23 срабатывают по зацнему фрон ту, что позволяет осуществить фазовый сцвиг межцу моментами коммутации ключа 16, обмоток 4 и 5 цвигателя 5 и переключением триггером 17 и 18, В начальный момент времени, когда включена оцна из обмоток цвигателя 4, а все остальные обесточены, триггер 23 уста навливается в положение, при котором

8=43, а Q»1. В этом случае ключ. 17 закрыт, а ключ 18 открыт и производится поцзаряц конденсатора 7 от цросселя по цепи 15-18-.7-10-15 с частои . той сигнала U 19. При слецуюшем сигнале U 25 на коммутацию обмоток включается оцна из обмоток 5 и ключ 17, Й происходит разряц конценсатора 7 по цепи 7-9-5-3-7. Одновременно с этим процессом отключается обмотка 4 и запирается ключ 18, а также осуществляет» ся заряц конценсатора 6 эа счет энергии, накопленной в магнитном поле обмотки 4 к моменту ее отключения, по цепи 4-6-10-14-4 и эа счет магнитной

1037 410 энергии дросселя по цепи 15-17 6-10l6.

Предлагаемое устройство может работать и при париой илн смешанной комму- тации фаз двигателя. Однако в этом случае процессы передачи энергии из отключаемой обмотки в конденсатор и из

«онденсатора во включаемую обмотку ие разделены во времени, что .приводйт к снижению КП,П устройства. Для осушесъвления разделения во времени процессов форсирования в отхлючаемой и включаемой обмотках поочередно включаемые обмотки обьединяются в группы, причем каждая из этих групп снабжена усилителем мсняостн и двумя группами форсирую ших цепей, соединение которых с обмотками выполнено таким образом, как в предлагаемом устройстве (фиг. 1).

1037410

Составитель 3. Горник

Рецактор А, Козориз Техрец М.Тепер Корректор А. Оэятко

Заказ 6034/58 Тираж 687 Поцписное

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по целам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент», г. Ужгороц, ул. Проектная, 4