Коммутатор фазы шагового двигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для регулирования электродвигателей с шаговым вращением. Цель изобретения - повышение 6 -И с КПД коммутатора. Коммутатор содержит низковольтный 1 и высоковольтный 2 источники питания, ключ 4, управляемый входным сигналом, форсировочный ключ 7, два силовых диода 5 и 6, трансформатор 9 с первичной 14 и вторичной 8 обмотками и обмоткой 11 положительной обратной связи , резистор-датчик 10 тока, ключ 13 отключения форсиррвки, разделительный конденсатор 17, токоограничивающий резистор 15 и шунтирующий диод 16. Резистор-датчик может быть шунтирован конденсатором 18. КПД возрастает вследствие снижения рассеиваемой мощности в элементах , находящихся под большим током. Включение конденсатора 18 параллельно резистору-датчику 10 приводит к повышению устойчивости процесса закрытия форсироврчного ключа 7. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. сл С О7 с I. Л Р N fO 4 00 Јь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (я)э Н 02 P 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750536/07 (22) 18.10;89 (46) 23.03.92. Бюл. hh 11 (71) Ленинградский государственный университет (72) А.В.Зиновьев (53) 621.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1166258, кл. Н 02 Р 8/00, 1986.

Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления. — М.:

1987, с. 113. (54) КОММУТАТОР ФАЗЫ ШАГО ВОГО

ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для регулирования электродвигателей с шаговым вращением. Цель изобретения — повышение,, Ж,„, 1721784 А1

КПД коммутатора. Коммутатор содержит низковольтный 1 и высоковольтный 2 источники питания, ключ 4, управляемый входным сигналом, форсировочный ключ 7, два силовых диода 5 и 6, трансформатор 9 с первичной 14 и вторичной 8 обмотками и обмоткой 11 положительной обратной связи, резистор-датчик 10 тока, ключ 13 отключения форсировки, разделительный конденсатор 17, токоограничивающий резистор 15 и шунтирующий диод 16, Рези- . стор-датчик может быть шунтирован конденсатором 18. КПД возрастает вследствие снижения рассеиваемой мощности в элементах, находящихся под большим током.

Включение конденсатора 18 параллельно резистору-датчику 10 приводит к повышению устойчивости процесса закрытия форсировочного ключа 7. 1 з.п; ф-лы, 2 ил.

1721784

Изобретение относится к устройствам для регулирования электродвигателей с шаговым вращением якоря.

Известны схемы коммутаторов фазы шагового двигателя (ШД) с одним источником питания.

Недостатком известной схемы является низкий диапазон скоростей вращения двигателя из-за ограниченной скорости изменения тока в его обмотках.

Известны схемы коммутаторов фазы

ШД с двумя источниками питания с повышенной скоростью изменения тока в нагрузке.

ИЗвестный коммутатор содержит низковольтный M высоковольтный источники питания с общим выводом, основной ключ, соединенный выходом с общим выводом, силовым входом - с клеммой для.подключения одного вывода коммутируемой обмотки и через первый диод с выводом высоковольтного источника питания и силовым входом ключа форсировки, и второй диод, соединенный с выводом низковольтного источни ка питания и с клеммой для подключения к второму выводу коммутируемой обмотки.

Управляющий вход ключа форсировки через буферный транзисторный каскад и моностабильный мультивибратор связан с управляющим входом коммутатора.

Недостатком известного коммутатора является недостаточно высокое быстродействие по цепи форсировки из-за низкого выходного сопротивления буферного транзисторного каскада ключа управления форсировки, что приводит к увеличению динамических потерь мощности и снижению надежности ключа форсировки.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном коммутаторе фазы ШД введены ключ прекращения форсировки, разделительный резистор, шунтирующий диод, разделительный конденсатор, токоограничивающий резистор, датчик тока и

-трансформатор, цепь из последовательно соединенных первичной обмотки трансформатора и токоограничивающего резистора подключена параллельно шунтирующему диоду между управляющим входом ключа прекращения форсировки к выводам разделительного конденсатора, другой вывод которого соединен с входом основного ключа, управляющий вход ключа прекращения форсировки через разделительный резистор соединен с датчиком тока и выводом обмотки положительной обратной связи (ПОС) трансформатора, другой вывод которой подключен к управляющему входу

55 ключа форсировки, второй .вывод датчика тока соединен с выходом ключа прекращения форсировки и вторым диодом.

В результате достигается низкое выходное сопротивление цепи управления ключа форсировки, что приводит к повышению быстродействия.

С целью повышения надежности коммутатор снабжен конденсатором, подключенным параллельно датчику тока.

На. фиг.1 представлен вариант схемы коммутатора; на фиг,2 — временная диаг- . рамма работы коммутатора, Коммутатор фазы ШД содержит низковольтный 1 и высоковольтный 2 источника питания с общим минусом, коммутируемую обмотку 3. Один конец коммутируемой обмотки 3 через управляемый входным сигналом основной ключ (NPN-транзистор) 4 связан с общим приводом и через диод 5 с плюсом высоковольтного источника 2.

Другой конец нагрузки 3 связан с плюсом низковольтного источника через диод 6 и с плюсом высоковольтного источника через последовательно включенные ключ 7 форсировки (NPN-транзистор), обмотку

ПОС 8 трансформатора 9, резистор-датчик

10 тока. Вторичная обмотка 11 трансформатора 9 соединена с базой и эмиттером форсировочнога транзистора 7. Полюса резистора-датчика 10 тока соединены с эмиттером и базой (через резистор 12)

NPN-транзистора — ключа 13 прекращения форсировки, коллектор которого соединен с базой форсировочного транзистора 7.

Последовательно соединенные первичная обмотка 14 трансформатора и токоограничивающий резистор 15 зашунтированы диодом 16 и Связаны одним концом с базой транзистора 13, другим концом через разделительный конденсатор 17 с точкой соединения коммутируемой обмотки 3 и коллектора транзистора 4, Связь базы транзистора 13 через диод 16 и конденсатор 17 с точкой соединения ключа 4 и коммутируемой обмотки 3 обеспечивает дополнительную ПОС для транзистора ключа 13 прекращения форсировки. Резистор-датчик 10 тока зашунтирован конденсатором 18.

На фиг.2 представлены временные диаграммы следующих величин: входной сигнал 19, напряжение 20 на коллекторе транзистора 4 (один конец коммутируемой обмотки 3), напряжение 21 на противоположном конце коммутируемой обмотки, ток

22 в коммутируемой обмотке, ток 23 в первичной обмотке 14 трансформатора 9, ток 24 вторичной обмотки 11, падение напряженйя

25 на резисторе-датчике 10 тока, где U> — на1721784

4 и 7 коммутируют на обмотку 3 напряжение

20 высоковольтного источника, вызывая в ней плавное нарастание тока (диаграмма 22).

Нарастающий ток через открытый ключ

7 приводит к прямопропорциональному росту падения напряжения 25 на резисторе — 25 датчике 10 тока. При достижении падения напряжения 25 заданного порога (около

0,7 В) приоткрывается транзистор 13 прекращения форсировки, который, шунтируя управляющий вход ключа 7 форсировки,уве- 30 личивает в ключе 7 падение напряжения.

Действие дополнительной ПОС по напряжению путем разряда разделительного конденсатора 17 в базе транзистора 13 ведет к лавинообразному нарастанию коллекторно- 35

ro тока транзистора 13 и быстрому закрытию транзистора 7, Конденсатор 18 за счет наличия подпора отрицательным напряжением базы транзистора 7 в начальный момент его закрытия обеспечивает увеличение 40 устойчивости процесса выключения транзистора 7, и следовательно, повышение надежности коммутатора.

После выключения транзистора 7.ток в коммутируемую обмотку 3 поступает от низ- 45 ковольтного источника 1 через диод 6. При этом он мало меняется во времени и его установившееся значение определяется активным сопротивлением коммутируемой обмотки 3. 50

При выключении транзистора 4 в коммутируемой обмотке 3 через диоды 5 и 6 прикладывается разность напряжений источников 2 и 1 в обратном направлении, вызывая в коммутируемой обмотке 3 быст- 55 рый спад тока (диаграмма 25).

Дополнительная ПОС для ключа 13 прекращения форсировки может быть осуществлена другими способами, например путем связи базы транзистора прекращения форг пряжение низковольтного источника 1, U2— напряжение высоковольтного источника 2.

Коммутатор работает следующим образом.

Замыкание транзисторного ключа 4 под 5 действием входного сигнала 19 обеспечивает прохождение тока 22 через коммутируемую обмотку 3. В момент. перехода от разомкнутого к замкнутому состоянию транзистора 4 скачок напряжения на его 10 коллекторе передается через кбнденсатор

17 и резистор 15 в первичную обмотку 14 трансформатора 9, вызывая в ней скачок тока 23, который трансформируется в ток

24 вторичной обмотки и вызывает откры- 15 вание форсировочного транзистора 7.

ПОС по току через обмотку 8 трансформатора 9 обеспечивает дальнейшее открытое состояние транзистора 7, Открытые ключи сировки,.соединенной через резистор с полюсом резистора - датчика 10 тока, с высоковольтным источником 2, низковольтным источником 1 или общим проводом через конденсатор. Кроме того, в качестве ключа

13 прекращения форсировки может быть использован управляемый тиристор, который является ключом с внутренней ПОС. В случаях организации ПОС для ключа 13 прекращения форсировки указанными способами противоположный от управляющего входа коммутатора конец первичной обмотки трансформатора связан с общим привбдом.

Первичная обмотка трансформатора 9 может быть включена через разделительный конденсатор в любую из точек входной цепи коммутатора, где присутствует сигнал управления коммутатором. Данная связь может быть использована вместо подключения первичной обмотки через резистор 15 и конденсатор 17 к коллектору транзистора 4.

При максимальном токе в нагрузке 3 ампера падение напряжения в силовых диодах 5 и 6 и ключах 4 и 7 около 1 В, рассеиваемая мощность в выходном каскаде открытого коммутатора будет около 6 Вт.

Для сравнения рассеиваемая мощность в известном коммутаторе.при напряжении высоковольтного источника 2,2 кВ и базовом- токе форсировочного транзистора 7 0,5

А составляет не менее 100 Вт. Поэтому рассеиваемая мощность в предлагаемом ком- мутаторе уменьшается в несколько раз по сравнению с известным,. что приводит к соответствующему росту КПД, и в сочетании с упрощением схемы позволяет повысить надежность, снизить вес и габариты конструкции коммутатора, а также использовать увеличенное напряжение высоковольтного источника для повышения максимальной рабочей скорости вращения шагового двигателя.

Формула изобретения

1. Коммутатор фазы шагового двигателя, содержащий низковольтный и высокоBoJlbTHblA источники питания с общим выводом, основной ключ. соединенный выходом с общим выводом, силовым входом— с клеммой для подключения одного вывода коммутируемой обмотки и через первый диод с выводом высоковольтного источника питания и силовым входом ключа форсировки, и второй диод, соединенный с выводом низковольгного источника питания и с клеммой для подключения к второму выводу коммутируемой обмотки. о t л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

1721784

Составитель А. Зиновьев

Техред М,Моргентал Корректор М. МаксимишинецРедактор H. Тупица

Заказ 962 Тираж .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 быстродействия, введены ключ прекращения форсировки, разделительный резистор, шунтирующий диод. разделительный конденсатор, токоограничивающий резистор, датчик тока и трансформатор, цепь 5 из последовательно соединенных первичной обмотки трансформатора и токоограничиваю щего резистора подключена параллельно шунтирующему диоду между управляющим входом ключа прекращения 1О форсировки и выводом разделительного конденсатора, другой вывод которого соединен с входом основного ключа, управляющий вход ключа прекращения форсировки

8 через разделительный резистор соединен с датчиком тока и выводом обмотки положительной обратной связи трансформатора, другой вывод которой подключен к выходу ключа форсировки вместе с выводом вторичной обмотки, другой вывод которой подключен к управляющему входу ключа форсировки, второй вывод датчика тока соединен с выходом ключа прекращения форсировки и вторым диодом.

2. Коммутатор по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежн сти. в него введен конденсатор, подключе ный параллельно датчику тока.