Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем управления шаговыми двигателями с магнитосвяэанными противофазными обмотками и снижении потерь мощности. Сигнал обратной связи, формируемый цепью, состоящей из дифференциального усилителя 12 и выпрямителя 13, поступает на входы импульсного модулятора 14 и блока 15 управления. На входы дифференциального усилителя 12 поступают сигналы с датчиков 7 и 8 тока, включенных последовательно с обмотками двигателя 3 и 4. Диоды 9, 10, 11, обеспечивающие протекание токов в обмотках 3 и 4 при закрытии фазных ключей 5 и 6 и ключа 2, подсоединены встречно-параллельноука

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 Р 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ъ г:ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фк

° г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797539/07 (22) 28.02.90 (46) 23.11.92. Бюл. IФ 43 (71) Научно-исследовательский технологический институт (72) В.А.Алексеев и В.А.Несов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1098099, кл. Н 02 Р 8/00, 1984, Соколов M.M. и Рубцов В.П, Дискретный электропривод механизмов электротермических установок. M.: Энергоатомиздат, 1986, с. 36-37. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

„„Ы2„„1777229 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем управления шаговыми двигателями с магHHTo связанными противофазными обмотками и снижении потерь мощности; Сигнал обратной связи, формируемый цепью, состоящей иэ дифференциального усилителя 12 и выпрямителя !3, поступает на входы импульсного модулятора 14 и блока 15 управления, На входы дифференциального усилителя 12 поступают сигналы с датчиков 7 и 8 тока, включенных последовательно с обмотками двигателя 3 и 4. Диоды 9, 10, 11, обеспечивающие протекание токов в обмотках 3 и 4 при закрытии фазных ключей 5 и 6 и ключа

2, подсоединены встречно-параллельно указанным ключам. 2 ил.

1777229

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления шагоцыми двигателями и магнитосвязанными противофазными обмотками и может быть использовано в системах автоматического управления.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее источник постоянного напряжения, блок управления и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого содержит первый и второй ключи, соединенные последовательно с фазой двигателя, два датчика тока и два диода (1).

Недостатком такого устройства является сложность и повышенные потери мощности, обусловленные протеканием полного тока обмотки двигателя в любой момент времени по двум силовым элементам, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для управления шаговым двигателем (2), состоящее из блока управления, содер>кащего генератортактовых импульсов, распределитель импульсов, формирователь опорного напряжения и схему управления фазными ключами; импульсного модулятора релейного типа и подключенного к источнику постоянного напряжения многоканального усилителя мощности, каждый канал которого включает в себя ключ регулятора тока, выход которого предназначен для соединения с выводами обмоток двигателя, работающих в противофазе, фазные ключи, предназначенные для соединения со вторыми выводами обмоток двигателя, диоды, подключенные к фазным ключам и ключу регулятора тока, датчик тока, первым выводом подключенный к источнику постоянного напря>кения, а вторым выводом — к фазным ключам, при этом первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам фазных ключей, третий выход подключен к первому входу импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу ключа регулятора тока.

Недостатками известного устройства являются повышенные потери мощности и невозмо>кность его использования для управления шаговым двигателем с магнитосвязанными противофазными обмотками.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей устройства путем управления шаговым двигателем с магнитосвязанными обмотками и снижение потерь мощности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для управления шаговым двигателем, содержащее блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов, распределителя импульсов, формирователя опорного напряжения и схемы управления фазными ключами, импульсный модулятор релейного типа и подключенный к источнику опорного напряжения многоканальный усилитель мощности, каждый канал котороro включает s себя ключ регулятора тока, выход которого предназначен для соедине10 ния с выводами обмоток двигателя, работающих в противофазе, фазные ключи, предназначенные для соединения с вторыми выводами обмоток двигателя, диоды, "15

50 подключенные к фазным ключам и ключу регулятора тока, и первый датчик тока, первым выводом подключенный к источнику постоянного напряжения, а вторым выводом— к первому фазному ключу, при этом первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам фаэных ключей, третий выход подключен к первому входу импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу ключа регулятора тока, снабжено. дифференциальным усилителем, выпрямителем и вторым датчиком тока, первый вывод котарого подключен.к источнику постоянного напря>кения, второй вывод — к второму фазному ключу, входы дифференциального усилителя подключены к точкам соединения датчика тока и фазного ключа, выход дифференциального усилителя подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен ко второму входу импульсного модулятора и к входу блока управления, а диоды подключены встречно-параллельно фазным ключам и ключу регулятора тока.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В каждом канале усилителя мощности сигнал обратной связи, поступающий на блок управления и импульсный модулятор, формируется вновь введенной цепью, состоящей из выпрямителя и дифференциального усилителя, на входы которого поступают сигналы с датчиков тока, включенных последовательно с обмотками двигателя. При этом диоды, обеспечивающие протекание токов в обмотках двигателя при закрытии фазных ключей и ключа регулятора тока, подсоединяются встречно-параллельно этим ключам, На фиг,1 представлена функциональная схема одного канала устройства для управления шаговым двигателем с магнитосвязанными противофазными обмотками: на фиг. 2 — эпюры напряжений и токов в характерных точках схемы.

Устройство состоит из источника постоянного напряжения 1, подключенного к не1777229 му усилителя мощности. содержащего ключ регулятора тока 2, соединенный с первыми выводами обмоток двигателя 3 и 4, два фазных ключа 5 и 6. соединенных первыми выводами со вторыми выводами обмоток 3 и 4, два датчика тока 7 и 8, соединенных со вторыми выводами фазных ключей 5 и 6 и с источником постоянного напряжения 1, диоды 9, 10, 11, подключенные встречно-параллельно фазным ключам 5 и 6 и ключу регулятора тока 2, дифференциального усилителя 12, входами подключенного к точкам соединения датчиков тока 7 и 8 и фаэных ключей 5 и 6, а выходами — к входу выпрямителя 13, выходом подключенного ко второму входу импульсного модулятора 14 и входу блока управления 15. Первый вход модулятора 14 подключен к третьему выходу блока управления 15, а выход — к управляющему входу ключа регулятора тока 2, Первый и второй выходы блока управления 15 подсоединены к управляющим входам фазных ключей 5 и 6. Блок управления 15 включает генератор тактовых импульсов 16, распределитель импульсов 17, формирователь опорного напряжения 18 и схему управления фазными ключами 19.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 5 открыт, ключ 6 закрыт, а ключ 2 осуществляет стабилизацию тока i3 (фиг.2) в обмотке 3 двигателя по сигналу, поступающему с импульсного регулятора 14. При этом ключ 2 может находиться в открытом или закрытом состояниях. На интервале времени ц, t2 ключ 2 открыт и ток I3, возрастая, протекает по цепи; положительный вывод источника постоянного напряжения 1, открытый ключ 2, обмотка 3 двигателя, открытый ключ 5, датчик тока 7, отрицательный вывод источника постоянного напряжения 1. Сигнал 0т с датчика тока 7 поступает на вход дифференциального усилителя 12 и выпрямляется выпрямителем 13.

Выходное напряжение U>3 выпрямителя 13 поступает на второй вход импульсного модулятора 14, где сравнивается с опорным напряжением U>g, поступающим на первый вход импульсного модулятора 14 с блока управления 15. При достижении напряжением Ut3 уровня U15 срабатывания импульсного модулятора 14 ключ 2 закрывается. В обмотке 3 возникает ЭДС самоиндукции, а в обмотке 4 — ЭДС взэимоиндукции, Под действием этих ЭДС в обмотке 4 двигателя возникает ток (4, равный, но противоположный по знаку току 13. Эти токи, спадая, протекают в интервале времени tz, t3 по цепи: обмотка 3 двигателя, открытый ключ 5, дат10. Сигналы 0т и Оз с датчиков тока 7 и 8

20

40

50

30 чик тока 7, датчик тока 8, открытый диод 11, обмотка 4 двигателя. Так как при спадании тока (интервал времени tz, тз) поток Ф в магнитопроводе двигателя формируется двумя последовательно и согласно соединенными обмотками, между которыми существует сильная магнитная связь, то величина тока l3 будет в два раза меньше, чем при его нарастании (интервал времени т1, 12) суммируются по абсолютной величине на дифференциальном усилителе 12. Результирующее напряжение с выхода усилителя 12 выпрямляется и подается на импульсный модулятор 14. При достижении напряжением 01з уровня 0" 1ь ключ 2 открывается, ток

I4 становится равным нулю, а величина тока

b удваивается.

На интервале времени t4, т5 все ключи усилителя мощности закрыты и формирование спадающего участка магнитного потока

Ф в магнитонроводе двигателя осуществляется за счет форсированного спадания тока

14, протекающего по цепи: обмотка 4 двигателя, открытый диод 9, встречно включенный источник постоянного напряжения 1, датчик тока 8, открытый диод 11, обмотка 4 двигателя. При этом сигнал Ua с датчика тока 8 проходит через дифференциальный усилитель 12, выпрямляется и поступает на импульсный модулятор 14, где сравнивается с опорным напряжением Uis, поступаю. щим с блока управления 15. Схема работает аналогично при открытом ключе 6 и закрытом ключе 5. Уменьшение потерь мощности в данном устройстве достигается за счет того, что большую часть периода работы устройства по его силовым элементам протекает ток, по величине в два раза меньший, чем в устройстве прототипа.

Предлагаемое устройство использовано для управления четырехфазным шаговым двигателем типа ДШИ-200.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов, распределителя импульсов, формирователя опорного напряжения и схемы управления фазными ключами, импульсный модулятор релейного типа и подключенный к источнику постоянного напряжения многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя ключ регулятора тока, выход которого предназначен для соединения с выводами обмоток двигателя, работающих в противофазе, фазные ключи, предназначенные для соединения с

1777229

% г. г

Составитель В, Алексеев

Техред М,Моргентал Корректор M. Петрова

Редактор

Заказ 4127 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Рэушская наб,. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 вторыми выводами обмоток двигателя. диоды, подключенные к фазным ключам и ключу регулятора тока, и первый датчик тока, первым выводом подключенный к источнику постоянного напряжения, а 5 вторым выводом — к первому фазному ключу, при этом первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам фазных ключей, третий выход подключен к первому входу импульсного моду- 10 лятора, выход которого подключен к управляющему входу ключа регулятора тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью расширения эксплуатационных возможностей путем управления шаговым двигателем 15 д д! g» с магнитосвязанными противофазными обмотками и снижения потерь мощности. устройство снабжено дифференциальным усилителем, выпрямителем и вторым датчиком тока, первый вывод которого подключен к источнику постоянного напряжения, второй — к второму фазному ключу, входы дифференциального усилителя подключены к точкам соединения датчика тока и фазного ключа, выход — к входу выпрямителя, выход которого подключен к второму входу импульсного модулятора и к входу блока управления, а диоды подключены встречно параллельно фазным ключам и ключу регулятора тока. (