Коммутатор для управления шаговым двигателем

скихческих СОЮЗ СОВЕ СОЦИАЛИСТИ 1784.У ЕСПУБЛИК 5 О 05 В 19/40 ЕТЕНИ П 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОб РАЙКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСГВУ(71) Научно-исследовательский и проектно- конструкторский институт.автоматизйровайных систем управления транспортом газа(56) Авторское свидетельство СССР М 1471175, кл, 6 05 В 19/40, 1989,Авторское свидетельство СССР М 1418656, кл. 6 05 В 19/40, 1988. (54) КОММУТАТОР ДЛЯ УПРАВЛЕНЙЙ ШАГОВЪМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Использование изобретения относитсяк автоматике и может быть использовано в, . Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управ ленйя волновыми щаговыми двигателями,;, Известенкоммутатор для управленияшаговым двигателем, содержащий генератор импульсов, первый счетчик ймпульсов. второй счетчик импульсов; к тактовому входу которого подключен выход первого счет, чика имйульсов, тактовый вход которого . соединен с выходом генератора импульсов,шинутактовйх импульсов, которая подключена к входу генератора импульсов и к входу сброса первого счетчика импульсов, шину управления, которая соединена с входом управления второго счетчика импульсов, шины коэффициента пересчета, которыеподключены к информационнь 1 м входамвторого счетчика импульсов, шину реверса, которая соединена с входом вида счета:втосиСтемах управления волновыми щаговыми двйгателями; Сущность состоит в расшире- нии области применения, коммутатора, Ком-мутатор для управления щаговым двигателемсодержит элементы И, элемент И-НЕ, блок. памяти порядка включения обмоток двигателя, блок усилителей, Введение преобразователя сигнала управления в частоту, анализатора Сигнала управления, формирователя импульсов блока формирования .форсирующих импульсов позволяет управлять работой коммутатораодним аналоговым сигналом, атакжевыдайть на выход импульсы специальной формы и этим повысить момент и приемистость шагового двигателя при высоких скоростях вращения, 7 ил 2 табл,рого счетчикаимпульсов, первый элемент ИЛИ, к первому входу которого подключен третий выход второго счетчика импульсов, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым выходом второго счетчика импульсов, блок памяти, к первому, второму, третьему и четвертому входамкоторого подключены первый и второй вы- Фходы второго счетчика-импульсов и выходы 3 Ьь первого и второго элементов ИЛИ соответственно, первую, вторую и третью шины режима, которые соединены со вторым входом первого элемента ИЛИ, со вторым входом второго элемента ИЛИ и с пятым входом блока питания соответственно, шинувключения, которая подключена к входу разрешения блока памяти, блок усилителей, входы которого соединены с выходами блока памяти.19 1784944 20 па входов блока усилителей подключена к группе информационных выходов блока памяти порядка включения обмоток двигатепоступает на четвертый вход блока 9, элемент И 4 остается закрытым нулевым сигналом со второго выхода анализатора 2, При поступлении единичного сигнала с третьего ля, а группа выходов является группой выхода анализатора 2 на чертвертый вход 5 выходов коммутатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области приблока 8 появляются нулевые" сигналы на Код адрвса ячейки)ЭУ 8) 1 1 1 1 1 1 1 0 О . 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 О 0 1 1 .1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 О 1 1 1 1 1 1. 0 0 О 1 1 1 1 О 1 1 1 .1 1 1 0 О О 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 О 11 1 1 1 О 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0Т 1 О1 1 Т11 11 1 1О 1 10 0 10 0 0 123 7 8 первом и третьем выходахи сохраняется менения, в него введены преобразовательнулевой сигнал на втором выходе. Начина- сигнала управления в частоту, анализаторют включаться первый и третий усилители " входного сигнала; формирователь импульблока 10. При поступлении единичного сиг сов и блок формирования форсирующих имнала с первого выхода анализатора 2 на пульсов, группа информационных выходовчетвертый входблока 9 исчезаетединичный которого подключена к второй группе инсигнал на третьем выходе; появляется еди- . формационных входов блока усилителей,ничный сигнал на первомвйхбдеисохраня-" управляющий вход которого срединен с выется единичный сигнал на втором выходе 15 ходомэлемента И-НЕ;первыйвходкотороблока 9, Импульсы, появляющиеся на вто,го подключен к выходу формирователя .: ром выходе преобразователя Сигйала уп- импульсбв, входом соединенйого с первымравления в частоту 1, через элемент И 3. выходом йреабраэователясигнала управле- .прбходят на вычитающий вход счетчика 5, ния в частоту; второй выходкоторога под-.который теперь работает врежиме вычита клвчей к первому входу первого элементания, В остальном работа заявляемого ком- И, третий выход - к первому входу второгомутатора аналогична описанной выше. элемента И, второй вход которого соединенПорядок выдачи импульсов блока 8 ис вторымвходом первого элемента И, с вто-блока 9 на свои выходы при йоступлейии" рым входом элемента И-ЙЕ. с входом старимпульсов на вычитающий вход счетчика 25 шето разряда блока памяти порядкаимпульсов 5 приведен на фиг.бб; порядоквключения обмоток двигателя и с первымвйдачй и форма импульсов, выдаваемыхвыходом аналмзатора входных сйгналов,:усилителями блока 10 на активную"нагрузку, второйЪЯход которого подключен к третьеравную полному сопротивлению фазной об- му входу второго элемента И, вход коммутамотки, приведен на фиг.7 б. 30 тора соедйней с входом преобразователя .сигйала управления в частоту и. с входомФормула изо.бретен-ия: анализатора входного сигнала, третийвыКоммутатор для управления шаговймход которого подключен к входу старшегодвигателем, содержащий первый и второйразрядаблокаформированияфорсирующихэлементы И, элемент И-НЕ, счетчик импуль импульсов и ктретьемувМбду первого элесов, суммирующий вход которого подклю-: мента И, выход которого соединен с вычитачен к выходу второго элемента И, адресные ющим входом счетчика импульСов, группавходы, за исключением входа старшего раз- выходов которого подключена к группе инряда, блока памяти порядка включения об- формационныхвходов, за исключением вхомоток двигателя соединены с разрядными 40 да старшего разряда, блока фЬрмированиявыходами счетчика импульсов, йервая груп- форсирующих ймпульсов,ыблица; 1,1784944 Таблица 2 Номераразрядов Код адреса ячейкиячеики1784944 орректор В.Петраш актор НТ СС а роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1оставитель И,Швецехред М,Моргентал Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/510 скоростях вращения,25 50 55 Недостатком данного коммутатора являются ограниченные функциональные возмокности, т.к. для его работы требуетсябольшое число сигналов управления и, кроме того, коммуттаор может выдавать толькопрямоугольные импульсы напрякения вблок усилителей,Наиболее близким по технической сущности является коммутатор для управленияшаговым двигателем, содержащий многокайальный генератор импульсов, блок памяти,;третйй.вход которого соединен с выходомтретьего канала генератора импульсов, шину выбора последовательности, котораяподключена ко второму входу блока памяти, формирователь стиклов коямутацйи,-состоящий из первого, второго и третьегоэлементов И, первого и второго элементовИЛИ, счетчика импульсов, к суммирующемувходу которого подключен выход первогоэлемента И, второй вход которогосоединенс выходом первого канала генератора импульсов и с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к первомувходу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом счетчикаимпульсов, вход сброса которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, йервый вход которого соединен с выходомтретьего элемента И, элемента сравнения,выход которого подключен ко второму входутретьего элемента И, первый вход которогосоединен с выходом второго канала генератора импульсов, первого. элемента задержки, к входу которого подключен выход заема.счетчика импульсов, второго элемента за. держки, вход которого соединен с выходом .первого элемента задержки и с входом записи информации счетчика импульсов, выход второго элемента задержки подключенко второму входу второго элемента ИЛИ,шину "Вправо", которая соединена с первым входом первого элемента И и с первымвходом элемента сравнения, шину "Влево",.которая подключена ко второму входу второго элемента И, шину "Установка", котораясоединена со вторым входом первого элемента ИЛИ, шины "Цикл", которые подключены к информационным входам счетчикаимпульсов и к третьим входам элементасравнения, вторые входы которого соединены с выходами сцетцика импульсов и с первыми входами блока памяти, выходныешины, к которым подключены выходы блокапамяти,Недостатком данного коммутатора также являются ограниченные функциональные возможности, т.к. ему так же требуетсябольшое количество сигналов управления,он не может управлять частотой выдаваемых импульсов и, следовательно, скоростьювращения шагового двигателя и выдаеттолько прямоугольные импульсы. Целью изобретения является расширение области применения коммутатора путем управления его работой одним аналоговым сигналом, управления частотой выдаваемых импульсов и, соответственно, скоростью вращения шагового двигателя и выдаци импульсов специальной формы, позволяющей повысить момент и приемистость шагового двигателя при выСоких Указанная цель достигается тем, цто визвестный коммутатор для управления ша- -говым дййтателем, содержащий первый и второй элементы И, элемент И - Н Е, счетчик импульсов, суммирующий вход которого подключен к выходу второго элемейта И,20 адресные входы за исключением входа старшего разряда блока постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя соединены с вьходами счетчика импульсов, первая группа входов блока усилителей подключена к группе информационных выходов блока постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя, а группа выходов является группой выходов устройства, введены преобразователь сигнала управления 30 в частоту, анализатор входного сигнала, формирователь" импульсов и формирователь формирующих импульсов, группа информацйонных выходов котррого подключена ко второй группе входов блока 35 уислителей, уйравлйбщий вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, входом соединенного с первымвыходом преобразователя сигна 40 ла управления в частоту, второй выход которого подкл 1 очен к первому входу первого элемента И, а третий выход к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемен та И, со вторым входом элемента И-НЕ, с входом старшего разряда блока постоянной памяти порядка включения обмоток дойгателя и с первым выходом анализатора входного сигнала второй выход которого подключен к третьему входу второго элемента И, коммутатор соединен с входом преобразователя сигнала управления в частоту и с входом анализатора входного сигнала, третий выход которого подключен к входу старшего разряда блока формирования форсирующих импульсов и к третьему входу первого элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика импульсов, группа выходов которого подключена к группе информационных входовза исключением входа старшего разряда, блока формирования форсирующих импульсов,На фиг.1 изображена функциональнаясхема предлагаемого коммутатора для управления шаговым двигателем; на фиг.2 - пример выполнения одного усилителя блока 10; на фиг.3 - порядок чередования импульсов в фазных обмотках шаговогодвигателя, необходимый для правого ("а") илевого ("б") вращения; на фиг.4 - формаимпульсов напряжения на выходах (ПЗУ 8) иформа импульсов в фазных обмотках шагового двигателя; на фиг.5 - структурная схема системы автоматического управленияподачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата; на фиг,6 - порядоквыдачи импульсов блока 8 и блока 9 при работе шагового двигателя; на фиг.7 - поря-док выдачи и форма импульсов, выдаваемых 20усилителями блока 10 на активную нагрузку, равную полному сопротивлению фазнойобмотки,Коммутатор для управления шагбвым" двигателем (фиг,1) содержит преобразова тель сигнала управления в частоту 1, анализатор входного сигнала 2, первый элементИ 3, к первому входу которого подключен первый выход преобразователя сигнала управления в частоту 1, второй элемент И 4, 30первый вход которого соединен со вторый выходом преобразователя сигнала управленияв частоту 1, счетчик импульсов 5, к вычитающему и суммирующему входам которого подключены выходы первого 3 и 35 второго 4 элементов И соответственно, фор-.мирователь импульсов 6, вход которого со., единен с вь 1 ходом преобразователя сигналауправления в частоту 1, элемент И-НЕ 7, кпервому входу которого подключен выход 40формирователя импульсов 6, блок постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя, блок формйрования форсирую- щих импульсов 9, блок усилителей 10; вход11 коммутатора, выход 12 устройстваПреобразователь сигнала управления вчастоту 1(фиг.1) предназначен для преобразования аналогового сигнала управления шаговым двигателем в частоту импульсов,пропорциональную амплитуде сигнала. На 50фиг,1 приведен пример выполнения преоб.разоеателя сигнала управления в частотудля случая, когда сигнал управления задается в. виде напряжения. Преобразовательсигнала управления в частоту 1 ( фиг,1) содержит преобразователь напряжения в частоту 13, преобразователь напряжения вчастоту 14, входы которых соединены между собой и с входом преобразователя 1, элемент гальванической развязки 15, к входу которого подключен выход преобразователя напряжения в частоту 13, элемент гальванической развязки 16, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту 14, элемент ИЛИ 17.Анализатор второго сигнала 2 (фиг.1) предназначен для выработки сигналов о необходимом направлении вращения шагового двигателя и сигнала о том, больше или нет. амплитуда сигнала управлеНия по модулю порогового значения - Опор. Установлено, что в диапазоне напряжений входного сигнала от Опор 1, допустим равного - 0,5 В, до Опор 2, допустим равного+ 0,5 В, ротор шагового двигателя не должен вращаться, он должен удерживаться в том положении, в котором находится - "- этотрежим "йазван режимом фиксированной стоянки.В диапазоне напряжений входного сигнала от Опор 1 до 01,допустим равного -10 В, ротор шагового двигателя должен вращаться против часовой стрелки - режим левого вращения, а в диапазоне напряжейий от Опор 2 до О 2 допустим равного + 10 В, ротор шагового двигателя должен вращаться по часовой стрелке - режим правого вращения. Анализатор сигнала управления 2 - фиг.1 содержит компаратбр 18, элемент гальванической развязки 19, к входу которого подключен выход компаратора 18, переменный резистор 20, резистор 21, первый вывод которого соединен с третьим выводом резистора 20, второй вывод которого подключен к прямому входу компаратора 18, компаратор 22, элемент гальванической развязки 23, вход которого соединен с выходом компаратора 22, переменный резистор 24, резистор 25; первый выход которого подключен к третьему выводу резистора 24; второй вывод которого соединен с прямым входом компаратора 22. элемент И 26, элемент НЕ 27, вход которого соединенс выходом-элемента гальванической развязки 23 и со вторым входом элемента И 26, элемент НЕ 28, выход которого подключен ко второму выходу анализатора сигнала управления 2, выход которого соединен с выходом элемента И 26 и с входом элемента НЕ 28, элемент И - НЕ 29, выход которого подключен к выходу анализатора сигнала управления 2, вход которого соединен с инверсными входами компараторов 18 и 22, выход элемента гальванической развязки 19 подключен к первому входу эле-. мента И 26 и к первому входу элемента И - НЕ 29, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 27, нулевую шину источника питания 30, которая подключена к первым выводам резисторов 20 и 24, положительный полюс источника питания 31, который соединен со вторым выводом1784944резистора 21, отрицательный полюс источ- оптрона 47, резистор 48, резистор 49, перника питания 32, который поДключен ко вый вывод которого соединен с пятым вывовторому выводу резистора 25. дом оптрона 47, третий вывод которогоУсилитель, пример выполнения одного подключен ко второму выводу резистора 48, усилителя блока 10 (фиг,2) предназначен 5 первый вывод которого соединен со вторым для формирования импульсов тока в обмот-выводом питания элемента гальванической ках шаговогодвигателя и содержит элемент развязки 33, выход которого подключен ко гальванической развязки 33; вход которого второму выводу резистора 49 и к четвертому подключен к первому входу усилителя - к выводуоптрона 47.соответствующему входу из.первых входов 10 Элемент гальванической развязки 34 блока усилителей 10, элемент гальваниче- (фиг.2) содержит ойтрон 50, резистор 51, ской развязки 34, к первому вхбду которого первый вывод которого подключен к первоподключенвторойвходусилитела-соответ- му выводу питания элемента гальваничествующий вход из вторых входов блока уси- ской развязки 34, первый и второй входы лителей 10, третий вход которого соединен 15 которого соединены с первым и вторым выс третьим входом усилителя и дальше со водами оптрона 50 соответственно, рези- вторым входом элемента гальванической " стор 52; второй вывод которого подключен развязки 34; ключ 35, к входу которого под- - ко второмувыводу питания элемента гальключен выход элемента гальванической" вайическойразвязки 34; выход которого соразвязки 33, ключ 36, вход которогосоеди едийенсо вторым выводом резистора 51 и с нен "с выходом элемента гальванической . третьим выводом оптрона 50, резистор 53, развязки 34, стабилизатор тока 37, вход ко- первый вывод которого подключен к пятому торого подключен к выходу ключа 36, диод выводу оптрона 50, четвертый вывод кото, катод которого соединен с выходом клю-рого соединен с первым выводом резистора ча 35, анод диода 38 соединен с выходом 25 52 и со вторым вьводом резистора 53, . стабилизатора 37 и с выходом усилителяКлюч 35(фиг.2) содержит резистор 54 и (одним из выходов блока усилителей 10),транзистор 55, коллектор которого подклюполюс источника питания дискретных эле- чен к выходу ключа 35, вход которогосоедиментов 39, который подключен к первому нен с базой транзистора 55.и с первым выводу питания элемента гальванической ЗО выводомрезистора 54, второй вывод кото- развязки 33, положительныйполюс источ-рого соедИнен с эмиттеромтранзистора 55 ника питания выходных цепей 40, кбторый и с выводом питания ключа 35соединен со вторым выводом питанйя эле- Ключ 36(фиг,2) содержит транзистор 56 мента гальванической развязки 33, нуле- и резистор 57, второй вывод которого подвую шину источника питания выходных 35 ключен к змиттерутранзистора 56, база коцепей 41, которая подключена к первому торого соединена с входом ключа 36, выход выводу питания элемента гальванической которого подключен к коллектору транзи-.развязки 34, к выводу питания ключа 35 и к: стора 56, вывод питания ключа 36 соединен выводу питания ключа 36, огрицательный спервым выводом резистора 57.полюс источника питания выходных цепей. 40 Стабйлизатор тока 37 (фиг,2) содержит 42, который соединен со вторым выводом стабилитрон 58,резистор 59,транзистор 60, питания элемента гальваническ 6 й развязки база которого соедийена с катодом стаби и с выводом питания стабилизатора"тока литрона 58, с первым выводом резистора 59, 37, На фиг,2 показана так же дляйоясйения и с входом стабилизатора тока 37, выход работы одна обмотка шагового двигателя 43 45 которога подкйюЧенк коллектору транзиидемпфирующая цепочка из резистора 44 и стара 60, резистор 61, первый вывод кото- диода 45, анод которого подключен к вЫходу рого соединен с эмиттером транзистора 60,.усилителя и ко второму выводу обмотки ша- а второй - с выводом питания стабилизатогозого двигателя 43, первый вывод которой ра тока 37;соединен с положительным йолюсом источ Счетчик импульсов 5 по суммирующему ника питания выходных цепей 40 и с первым и по вычитающему входу работает от пере- выводом резистора 44, второй вывод кото- дних фронтов импульсов, поступающих на рого подключен к катоду диода 45. эти входы.Элемент гальванической развязки 33Формирователь импульсов 6 предназ(фиг.З) содержит резистор 46, оптрон 47, 55 начен дляформированияпереднегофронта первый вывод которого подключен к входу импульсатокавфазныхобмотках шагового элемента гальванической развязки 33, пер- двигателя (на фиг.2 показана одна из фазвый вывод питания которого соединен с . ных обмоток шагового двигателя 4) и корпервым выводом резистора 46, второй вы- рекции вершины этого импульса, вод которого подключен к второму выводу Формирователь импульсов 6 является формирователем импульсов переднего фронта. На фиг.3 показаны: на оси ТИ - тактовыет,е, он выдает импульс установленной дли-. импульсы (импульсы, поступающие на одинтельности - 11 при появлении импульса на иэ входов счетчика импульсов 5); на осяхего входе (импульса с выхода преобразова8 - импульсы, подаваемые в фазные обтеля сигйала управления в частоту 1). Вели мотки с первой по восьмую шагового двигачина т 1 выбирается исходя из необходимой теля.длительности фронта импульса тока в фаз- На фиг,4 показаны: на оси 1 - тактовыеной обмотке шагового двигателя при пре-импульсы; наоси 2 - импульсы напряжения,дельной приемистости и равна для подаваемые на первые входы блока усилидвигателей типа ДВШ"-100 мкс. 10 телей 10(импульсы с выходов ПЗУ 8); на осиВ блоки 8 и 9 предварительно записы- . 3-форма импульсов тока в фаэной обмоткевается информация, обеспечивающая фор- шагового двигателя при восьмифэзноммировани 6 на их выходах импульсов в включении.необхЬдимом порядке и с необходимой йо-Нэ фиг.б и 7 показаны: нэ осях 3 и 4 -, лярностью, В табл.1 приведена информа импульсы на выходах элементов И 3 и И 4ции, зайисанйая в блок 8, а в табл, 2 - в блок соответственно,-на"осях 5-1, 5-2, 5-3 - им 9;: -:: :пулъсы на первом . втором и третьем выхоВ ячейках от 0000 до 0111 блока 8 запи- . дах счетчика импульсов 5 соответственно,сана информация; обеспечивающая выдачу на оси 6- импульсй йа выходе формирована"одиниз выхОдов блока 8 нулевого сигйа теля импульсов 6, на осях 8 - 1, 8 - 2, . 8-8 -ла, необходимого-в режиме фиксированной." сигналы на выходах"с первого по восьмойстояйки, в ячейках от 1000 до 1111 блока 8 соответственно ПЗУ 8, на осях 9 - 1; 9-2, ,записана: информация, обеспечивающая9-8 - сигналы на выходах с первого по восьвыдачу на трииз восьми выходов блока 8 мой соответствено ПЗУ 9, нэ осях 10-1, 10 нулевыхсйгналов, необходимых при одном 25 2, ; 10-8 - .импульсы напряжения,из режимов врвщения - левом йли правом.: -выдаваемые на.выходы с первого по вось. В ячейках от 0000 до.0111 блока 9 записана ., мой блока усилителей 10.информация, обеспечйвающая выдачу еди-В заявляемом коммутаторе используетничногосигнала на два иэ восьмй выходовся трй источника питания;блока 9 при правом вращении шагового доиисточник питания входнйх цепей фиг,1)гателя, а в ячейках от 1000 до 1111 блока 9, с положительным полюсом 31, нулевой ши: "записана информация, обеспечивающая ной 30 и отрицательным полюсом 32 исвыдачу единичного сигнала на два выходапользуется для питания преобразователейизвосьми при нулевом вращении шагового ", напряжения в частоту 13 и 14 и элементовдвигателя, . .: . .;.:. . 35 гальванической развязки 15 и 16 преобразоВ качестве преобразователей напряже-" вателя сигнала управленйя в частоту 1 и дляния в частоту 13 и 14 использованы микро- питания компараторов 18 и 22 и элементовсхемы типа КР 1108 ПП 1, Преобразовательгальванической развязки 19 и 23 энализато 13 предназйачен для преобразования в ча-:расигнала управления 2;.стоту напряжения отрицательной полярно источник питания-дискретных элеменсти, преобразователь 14 - напряженйя тов (на фиг,2 показан его положительныйположительной полярности. Параметры . полюс 39, нулевая шина на чертежах не посхем включения преобразователей, нэпря-: казана), используется для питания элеменжения в частоту 13 и 14 выбираются такимтов гальванической развязки 15 и 16 иобразом, чтобы дйапазону изменения сиг элемента ИЛИ 17 преобразователя сигналанала управлейия - напряжения от 0,5 В до управления вчастоту 1, элементовгальвани 108 по модулю соответствовал йа выходах ческой развязки 19 и 23, элементов И 26, НЕпреобразователя сигнала управления в час, НЕ 28, и И - НЕ 29 анализатора сигнала: тоту 1 диапазон изменения частоты импуль- . управления 2, элементов И 3 и 4, счетчикасов"от"75 до 3000 Гц, соответствующий 50 импульсов 5, формирователя импульсов 6,рабочему диапазону частот волнового ша- " элемента И-НЕ 7, блока 8 и блока 9 и.гового двигателя ДВШ;, элементов гальванической развязки 33 и 34,Коллекторные резисторы, подключае- усилителей блока 10;мые к выходам блока 9,на чертежах(фиг.1 и источник питания выходных цепей2) не показаны, 55 (фиг.2) с положительным полюсом 40, нулеВходы блоков 8 и 9, показанные на войшиной 41,иотрицательнымполюсом 42,фиг.1, являются адресными, остальные вхо- используется для питания усилителей блокады на фиг,1 не показаны, на них поданы 10,сигналы таким образом, чтобы блоки находились в режиме "Чтение".1784944 12 Предварительно рассмотрим работу анализатора" входного сигнала 2 и усилителя, одного из блока 10,Анализатор входного сигнала 2 (фиг.1). ния, т.е, при необходимости отработки режима фиксированной стоянки, на первом и третьем выходах анализатора 2 будет нулевой сигнал, а на втором - единичный сигнал,На прямой вход компаратора 18 подает ся положительное напрякение велйчиной 0,58 (устанавливается с помощью делителя, состоящего иэ резисторов 20 и 21). На прямой вход компаратора 22 йодаетсябтрица-Если на входе анализатора 2 и, соответственно, на инверсных входах компараторов 18 и 22 имеется отрицательное. напряжение,по модулю большее Оор то на выходе компараторов 18 и 22 будет напрятельное напряжение величиной 0,58 10 жение положительной полярности и, вслед(устанавливается с помощью делителя, со- "ствие этого, через входные диоды стоящего из резисторов 24 и 25). : . элементов гальванической развязки 19 и 23Если на входе анализатора 2 и, соответ- не будет протекать ток и на их выходах будут ственно, на инверсных входах компарато- единичные сигналы, поэтому на выходе элеров 18 и 22 имеется напряжение 15 менатИ 26 инатретьеимвыходеанализатоположительнойполярности, большеепове- " ра 2 будет единичный сигнал, на выходе личине Опор 2=0,58, то на выходах компара- . анализатора 2 - нулевой сигнал, на выходе . торов 18и 22 будет "напряжениеэлемента И-НЕ 29 и на первом выходе анаорицательной полярйости и, вследствие: : лизатора 2 будет единичный сигнал, Таким этого, через входные диоды оптронов эле- .20 образом, при наличии на входе анализатора ментов галъванической .развязки 19 и 23, 2 отрицательногонапряжения,большего по являющихся, кроме того, и преобразовате-"модулю Опор,т.е. при необходимости отралем уровня сигнала, протекает ток и на вы- боткирежима левого вращения, на первом ходах элементов гальванической развязки и на третьем выходах анализатора 2 будет 19 и 23 будет нулевой сигнал, поэтому эле единичный сигнал, а на втором . - нулевой мент И 26 будет закрыт и наего выходе сигнал.будет нулевой сигнал, на выходах элемен-Усилитель, один из блока 10 (фиг.2).тов НЕ 27 и НЕ 28 будет единичный сигнал, В исходном полокении на первом и на на выходе элемента И-НЕ 29 будет также третьемвходах усилителя имеются единичединичный сигнал. Таким образом, при на. 30 ные сигналы, на втором входе - нулевой личии на входе анализатора 2 положитель-сигнал, через диод оптрона 47 элемента ного напряжения, большего Опор 2,т;е, при гальванической развязки 33 и через диод 50 необходимости отработки шаговым двйга- элемейтагальваническойразвязки 34.токне телем режима правого вращейия,на третьем протекает. Соответственно не протекает ток выходе анализатора 2 будет нулевой сигнал, 35 через транзистор ойтрона 47 элемента галь- а на первом и втором - единичные сигйалы. "ванической развязки 33 и через транзисторЕсли на входе анализатора сигнала уп-оптрона 50 элемейта гальванической разравления 2 и, соответственно,-йбйвнерсных взязки 34, поэтому ключи 35 и 36. закрыты.входах компараторов 18 и 22 имеется напря- закрыттакже стабилизатор тока 37 и,следожение положительной или" отрйЦательной 40 вательно, через фазную обмотку 43 ток не полярности, по модулю меньшее Опор то на протекает.выходе компаратора 18 будет напряжениеПри появлении нулевого сигнала на положительной йолярности,а на выходе первом входе усилителя возникает ток чекомпаратора 22 будет напряжение отрица- рез диод оптрона 47 элемента гальваничетельной полярноститогда через входной 45 ской развязки 33, открывается транзистор диод оптрона элементагальванической раз-ойтрона 47,вязки 19 не протекает ток и на его выходе Через коллекторно-эмиттерный пере- имеется единичный сигнал, а через входной ходтранзистора оптрона 47 и базо-эмиттердиодоптронаэлементагальванической раз- ный переход транзистора 55 ключа 35 вязки 25 протекает ток и на его выходе име начинает протекать ток, Ключ 35 открывает- ется нулевой сигнал. На выходе элемента И ся,и через фазную обмотку 43 начинает про-26 и на первом выходе анализатора 2 будет текать ток по цепи: положительный полюс нулевой сигнал, на втором выходе анализа - фазная обмотка 43 - диод 38 - ключ 35 тора единичный сигнал, Т.к. на обоих входах - нелевая шина 41, К фазной обмотке 43 в элемента И-НЕ 29 имеются единичные сиг этом случае прикладывается напряжение налы, то на его выходе.и на выхоре анализа- положительной части источника питания тора 2 будет нулевой сигнал, Таким выходных цепей.образом, при наличии на входе анализатора Если появляются одновременно еди напряжения, меньшего по модулю Опор ничный сигнал на втором и нулевой сигнал независимо от полярности этого напряже- на третьем входе, то возникает ток черездиод оптрона 50 элемента гальванической развязки 34, открывается ключ 36 и, соответственно, стабилизатор тока 37, Через фазную обмотку 43 начинает протекать ток по цепи положительный полюс 40 - фазная обмотка 43 - транзистор 60 и резистор 6 стабилизатора тока 37 - отрицательный полюс 42, К фазной обмотке 43 в этом случае прикладывается полностью напряжение ис 10 точника питания выходных цепей Для пояснения работы заявляемого г 15 коммутатора кратко охарактеризуем волновые шаговые электродвигатели ДВШ 50, ДВШ 100, ДВШ 80 - 0,6, 2 ДВШ - 80-0,6 и 3 ДВ Ш 8.0 - 0,6.Указанные шаговые волновые двигатели предназначены для преобразования упчение, заявляемый коммутатор предназначен для восьмифазного включения, но, при записи в постоянные запоминающие устройства. соответствующей информации, он обеспечивает управление волновым шаговым двигателем и при четырехфазном включении обмоток). Принцип действия двигателя основанна дискретном изменении, сотояния элект 30 ромагнитного поля и воздушном зазоре посредством последовательного возбуждения фаз обмотки статора. импульсамй тока,волновой деформации гибкого ротора в направлении. поляи кинематических преобразованиях в волновой зубчатой пере даче. Импульсное возбуждение фаз обеспечмвается подачей импульсов в последовательности, приведенной на фиг.З. На фиг,З следует, что импульсы тока должны поступать в три иэ восьми фазных обмоток статора, при этом направление вращения ротора определяется порядком чередованйя импульсов тока в фазных обмоТках статора - на фиг.За приведен порядок чередования импульсов для правого вращения, на фиг,Зб - для левого вращения ротора5,2, Форма импульсов напряжения на выходах ПЗУ 8 при активной нагрузке, равной сопротивлению обмотокфаз двигателя 5,3,и форма импульсов тока в фазных обмотках 50двигателя при восьмифазном включении 5,1приведены на фиг,4. При поступлении импульсов тока в фазные обмотки двигателя в соответствии с одним из приведенных на фиг,З порядков в воздушном зазоре двигателя создается дискретно вращающееся магнитное поле и ротор, деформируясь совершает волновое движение синхронно с полем статора. Удержание двигателя в заданном положении - отработка режима равляющих импульсов в угловые перемещения вала и выполнены восьмифазными (допускается и четырехфазное вклю фиксированной стоянки происходит при подаче тока постоянно в одну, две или три обмотки. Величина тока, необходимая для удержания двигателя в заданном положении определяется статическим моментом на валу двигателя, который этот двигатель должен обеспечить, Т,к. заявляемый коммутатор предназначен для управленйя шаговым двигателем, статический момент которого равен 0,8 Нм и обеспечивается при токе, меньшем 0,9 А, а ток,в каждой обмотке при подключении к ней только положительной части источника питания выходных цепей (т,е, по цепи положительный полюс 40 - обмотка 43 - диод 38 - ключ 35 - нулевая шина 41) равен 1;2 А, то для удержания двигателя в заданном положении достаточно, чтобы была включена только одна. фазная обмотка (средняя иэ трех включенных при коде адреса, записанном в счетчике 5, при котором достигнуто заданное положение ротора шагового двигателя) 5.4.Таким образом; заявляемый коммутатор должей обеспечивать работу шагового двигателя в трех режимах: правое вращение; левое вращение; фиксированнаястоянка,Также для пояснения работы заявляемого коммутатора на фиг.5 приведена струк-турная схема системы автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата, в которой используетСя заявляемый коммутатор. Система автоматического управления подачей топливного газа в турбину - на фиг.5 содержит трубопровод топливного газа 62, кран 63, установленный на трубопроводе 62, турбину 64, к которой подключен трубопровод 62, датчик температуры 65 продуктов сгорания, установленный нз выхлопе турбины 64, датчик оборотов 66 вала турбины 64, аналоговый программный регулятор 67, к первому и второму входам которого подключены выходы датчиков 65 и 66, коммутатор для управления шаговым двигателем 68, вход которого соединен с выходом аналогового программного регулятора 67, шаговый двигатель 69, к которому подключены выходы коммутатора 68, выход шагового двигателя соединен с управляющим входом крана 63 (это означает, что ротор шагового двигателя 69 связан механически с управляющим входом крана 63), входы управляющих воздействий 70, которые подключены к третьим входам аналогового программного регулятора 67.Система автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата работает следующим образом (обобщенное описание).15 1784944 16При запуске турбины 64 на входы 70 шагового двигателя, длительность подачи подаются сигналы, соответствующие необ- напряжения определяет величину угла, на ходимым при включении оборотам турбины который должен повернуться ротор шагово и температуре продуктов сгорания. Ана- го двигателя, а полярность напряжения оплоговый программный регулятор 67 выраба ределяет направление вращения ротора - в тывает сигнал, поступающий на коммутатор заявляемом коммутаторе принято, что поло, который начинает выдавать импульсы жительное входное напряжение вызывает тока в фаэнце обмотки шагового двигателя правое вращение, а отрицательное - левое 69. Ротор шагового двигателя,поворачива- вращение ротора шагового двигателя.ясь,открывает на установленную величину 10 При отсутствии входного сигнала, т.е. кран 63.,и в турбину 64 начинает поступать когда величина напряжения на шине 11 по топливный гэз, Одновременно производит- модулю меньше Оор, на первом и третьем ся поджиг газа (система поджига газа на выходах анализатора сигнала управления 2 фиг,5 не показан). Далее, по мере набора будет нулевойсигнал, а на втором выходе - оборотов,изменлются величинысигйаловна 15 единичный"сигнал, преобразователь сигнавходах 70 (или вручную или от блока автома- ла управления в частоту 1 может выдавать, тического запуска - на фиг.5 не показан). В а может не выдавать на какие-либо выходы соответствий со значением сигналов на вхо- "импульсы в зависимости от конкретной ведах 70, оборотами турбины, значение кото- личины напрякения на шине 11, элементы рых выдает датчик 66, и температурой 20 ИЗи И 4 закрытыинаихвыходах - нулевые продуктов сгорания, выдаваемой датчиком . сигналы, элемент И-НЕ 7 также закрыт и на 65, аналоговый программный регулятор 67его выходе -единичный сигнал, В счетчике выдает сигнал на коммутатор 68, Коммута- импульсов 5 записан произвольный код,для тор 68 в соответствии с входным сигналом определенности прием,что в счетчике 5 зэуправляет углом поворота ротора шагового 25 писан нулевой код, тогда имеется нулевой двигателя 69 и, соответственно, степенью сигнал только на втором выходе блока 8 и открытия крана 63 и количествомпоступаю- имеются единичные сигналы на втором и щего в турбину 64 топливного газа, После третьем вьходах блока 9 (в соответствии с набора заданного режима турбиной, когда . табл,1 и 2). В блоке усилителей 10 включен обороты турбины и температура продуктов 30 только второй усилитель (нулевым сигналом сгорания соответствуют заданию, поданно- - со второго выхода блока 8) и через вторую му на входы.70, аналоговый программный фазную обмотку(одну из обмоток 43-фиг.З) регулятор 67 выдает на коммутатор 68 сиг- шагового двигателя, подключенную ко втонал, соответствующий режиму фиксирован- рой из шин 12,протекает ток(ток, вызванный ной стоянки шагового двигателя 69. После 35 найрлжением между полюсом 40 и нулевой срабатывания коммутатора 68 шаговый дви- шиной 41 источника питания выходных цегатель 69 переходит в режим фиксирован- пей). Шаговый двигатель находится в режиной стоянки, удерживая достигнутое ме фиксированной стоянки.положение своего ротора и крана 63. При При появлении входного сигнала, т.е. изменении в процессе работы нагрузки на 40 при появленйи на щине 11 напряжения, турбину 64 изменяются ее обороты"и темпе- большего по модулю Опор допустим положиратура сгорания. По сигналам от датчиков тельной полярности, коммутатор начинает 65 и 66 аналоговый программный регулятор отрабатывать режим правого вращенил ша- .67. в соответствии с принятым законом ре- говото двигателя - на третьем выходе анагулированил, выдает на коммутатор 68 соот лизатора сигнала управления 2 сохраняется ветству 1 ощий сигнал и шаговый двигатЕль нулевой Сигнал, нэ втором выходе сохраня, поворачивая свой ротор и тем самым ется единичный сигнал,а на первом выходе приоткрывая или призакрывал кран 63, уве- появляется единичный сигнал. Единичный личивает или уменьшает подачу топливного сигйал с выхода анализатора сигнала управ- газа в турбину 64, которая переходит в ре ления 2 открывает элемент И 4 и элемент жим, соответствующий заданию. И-НЕ 6 и поступает йа четвертый вход блокаКоммутатор длл управления щаговым 8, элемент И 3 остается закрытым нулевым двигателем работает следующим образом. сигналом с выхода анализатора 2. Пр оу правление отработкой заданного угла ступлении единичного сигнала с третьего поворота ротора шаговогодвигателя осуще выхода анализатора 2 на четвертый вход ствляется, как указывалось выше; от анало- блока 8 появляются нулевые сигналы на его гового сигнала, - напрякения, При этом пЕрвом и третьем выходах и сохраняется величина напрлкения определяет частоту нулевой сигнал на втором выходе блока 8 (в выдаваемых коммутатором импульсов и, со- соответствии с табл.1). Начинают включать- ответственно. скорость поворота ротора сл первый и третий усилители бло а 10. Впреобразователе сигнала управления в час- этого на втором выходе ПЗУ 8 появляетсятоту 1 начинает работать преобразователь единичный сигнал, на тетьем и четвертомнапряжения в частоту 14, Импульсы с выхо- его выходах сохраняются нулевые сигналы,да преобразователя 14 через элемент галь- а на пятом выходе блока 8 появляется нулеванической развязки 16 проходят на третий 5 вой сигнал, на остальных выходах сохранявыход и через элемент ИЛИ 17 на выход ются единичные сигналы. В блоке 10преобразователя 1. По переднему фронту выключается второй усилитель й включаеткаждого импульса с первого выхода преоб- ся пятый усилитель, третий и четвертый усиразователя 1 формирователь импульсов 6 лители остаются включенными. Кроме того,выдает "короткий" импульс, поступающий 10 исчезает единичный сигнал иа третьем вына вход элемента И - НЕ 7. ходе блока 9, появляется единичный на пяИмпульсы с выхода преобразователя 1 .том выходе. на четвертом выходепроходят через элемент И 4 на суммирую- сохраняется единичный сигнал, а на остальщий вход счетчика импульсов 5. Первый им- ных - нулевые сигналы. При этом, т.к, кромепульс поступающий на суммирующий вход 15 сигналов на третьем, четвертом и пятом изсчетчика 5, записывает в нем код 001 и тогда первых входах блока 10 имеются единич- .на входе блока 8 оказывается код 1001, а на ные сигналы на четвертом и пятом из вторыхвходах блока 9 - код 0001, вследствие этого. входов блока 10 и нулевой сигнад на третьемна первом выходе блока 8 появляется еди-входе, то в блоке 10 третий усилитель подничный сигнал, на втором и третьем - сохра ключает к третеьй фазной обмотке(из обмоняются нулевые сигналы, на четвертомток 43 фиг.2) напряжение положительнойвыходе - появляется нулевой сигнал, на ос-.части источника питайиявыходных цепей, атальных выходах сохраняются единичныечетвертый и пятый усилители подключает ксигналы. В блоке 10 включается первыйуси- четвертой и пятым фазным обмоткам поЛлитель и включается четвертый усилитель, 25 ное напряжение источника питания выходвторой и третий усилители остаются вклю- ных цепей. После окончания импульса сченными, Кроме того, исчезает единичный выхода элемента И - НЕ 7 четвертый и пятыйсигнал на втором выходе блока 9, появляет-усилителиблока 10 подключаютксоответстся единичный сигнал на четвертом выходе и:.: вующим фазным обмоткам (четвертый и пясохраняются единичный сигнал на третьем 30 той) только напряжение положительнойвыходе и нулевые сигналы на остальных вы-. части источника питания выходных цепей.ходах блока 9, При этом, т.к, кроме сигналов В этом положении коммутатор остается дос блока 8 появились единичные сигналы на прихода на суммирующий вход счетчика 5третьем и четвертом из вторых входов блока . следующего импульса, При поступлении наусилителей 10 и нулевой сигнал на третьем 35 суммирующий вход счетчика 5 третьего ивходе при срабатывании элемента И-НЕ 7, последующих импульсов коммутато длято в блоке 10 третий и четвертый усилители управления шаговым двигателем работаетподключают, на время действия импульса аналогично описанному выше, Порядок вынулерого уровня с выхода элемента И-НЕ 7, дачи импульсов блока 8 и блока 9 на своик третьей и четвертой фазным обмоткам 43 40 выходы при поступлении импульсов на сумполное напряжение источника питания вы- мирующий вход счетчика импульсов 5 приходныхцепей(т.е.напряжениемеждуполо-, веден на фиг.ба, порядок выдачи и формажительным 40 и отрицательным 42 импульсов, выдаваемых усилителями блокаполюсами). После окончания импульса свы на активную нагрузку, равную полномухода элемента И-НЕ 7 третий и четвертый 45 сопротивлению фазной обмотки, приведенусилители блока 10 подключают к соответ-на фиг.7 а,ствующим фазным обмоткам (третий и чет- . При появлении на шине 11 нап ряжения,вертый) только положительную часть большего по модулю,но отрицательной понапряжения источника питания выходных лярности, коммутатор начинает отрабатыцепей (т.е, напряжение между положитель О вать режим левого вращения "шагового .ным полюсом 40 и нулевой шиной,41 источ- двигателя. В этом случае на первом и третьника питания выходных цепей). В этом ем выходах анализатора 2 появляются едиь, а на втором выходеположении коммутаторостаетсядоприхода ничные сигналы авторого импульса на суммирующий вход появляется нулевой сигнал, Единичный сиг-счетчика, торой импульс, поступивший 55 нал с первого выхода анализатора игу рующии вход счетчика 5 со второго управления 2 открывает по третьему входу4, запивыхода преобразователя 1 через элемент И элемент И 3 и элемент И-НЕ 7, записывает в счетчике 4 код 010 и тогда на четвертый вход блока 8, единичный сигна вхо ахна входах блока 8 оказывается код 1010, а нал с первого выхода анализатора 2д блока 9 - код 0010, вследствие вает по второму входу элемент И 3, ит ра откры