Устройство для управления шаговым двигателем

(51)4 Н 02 Р 8 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро низковольтного аппаратостроения Производственного объединения "Мосэлектроаппарат"(53) 621.313.13-133.3:525 (088.8) (56) Ратмиров В.А., Рашкович П,М., Павлов Ю.А. Дискретный привод станков: Обзор. Сер.1, Станкостроение. М.: НИИМАШ, 1975, с.15, 16.Луценко В.Е., Рубцов В.П; Злектропривод с щаговыми двигателями, /Итоги науки и техники. Электропривод и ав томатизация промьппленных установок. Т.6. - М.: ВИНИТИ, 1978, с,59, 60.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и направлено на повышение Я 01246330 А 1 равномерности движения и устойчивости шагового двигателя Устройство дляуправления двигателем содержит распределитель 1 импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждыйканал которого включает ключевые элементы 2 и 5, формирователь 6 импульсов форсирования, инверторы 7 и 8,элементы И 9 и ИЛИ 10, диод 11 рекуперацииОтносительная длительностьимпульса форсирования растет приувеличении частоты управления, поэтому в области низких частот, гдеколебания скорости значительны, фаза 3 двигателя закорачивается надлительное время, что обеспечиваетбольшое демпфирование. Однако в области высоких частот большое демпфирование снижает нагрузочные свойства двигателя, поэтому здесь целесообразно уменьшить время, в течениекоторого отключенная фаза закорочена.Изменение времени, в течение которого отключенная фаза закорочена-,-.обеспечивается автоматически, 2 ил.ются напряжения прямоугольной формы Б, которые поступают на вход первого ключевого элемента 2 и откры. вают его. Одновременно формировате ь импульсов форсирования вырабатывает импульс 0, (фиг,2), которыйчерез элемент ИЛИ 10 поступает навход второго ключевого элемента 5.При открывании первого и второгоключевых элементов к фазе 3 шаговогодвигателя прикладывается повышенноенапряжение О, (Ц , фиг,2), что обеспечивает ускоренное (форсированное)нарастание токаДлительность С,г импульса. форсирования П, может вырабатываться в функции времени по сигнапу Б, поступающему на вход формирователя б, или вфункции тока ),Р в фазе двигателя,сигнал, пропорционагьный которому,поступает на вход формирователя 6 сдатчика 12 тока, Способ формированиядлительностиимпульса форсирования Б, в функции времени или токане является существенным и не влияетна работу схемы. По окончании импульса форсирования Б, второй ключевойэлемент 5 закрывается и к фазе 3 через разделительный диод 4 прикладывается низкое напряжение Б , обеспечивающее протекание в фазе тока,блчзкого к номинальному,После того как сигнал Б на выходе распределителя 1 импульсов становится равным нулю (момент времени , фиг.2), ток в фазе 3 эамыка"ется по цепи: диод 11 рекуперации,встречно включенный источник П , источник П , разделительный диод 4. После спадания тока 1 ч, до нуля встречное напряжение Ц -3, запирает диод 11 рекуперации и цепь фазы 3 оказывается р,азомкнутой, что уменьшает внутреннее демпфирование двигателя, снижает устойчивость движения и вызывает большие колебания мгновенной скорости, ухудшающие равномерность движения. Для повышения Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, и может быть использовано в дискретных системах автоматического и программного управления, например, металлорежущих станков с числовым программным управлением, координатографах и т.д,Цель. изобретения - повышение равномерности движения и устойчивостиФшагового двигателя.На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг2 - временные диаграммы сигналов на основныхэлементах схемы, поясняющие принципее работы.Устройство (фиг.1) содержит распределитель 1 импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя первыйключевой элемент 2, связывающий фазу 3 шагового двигателя через разделительный диод 4 с источником постоянного тока низкого уровня П,второй ключевой элемент 5, связывающий фазу 3 с источником постоянноготока высокого уровня Б, формирователь 6 импульсов форсирования, первый и второй инверторы соответственно 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, диод 11 рекуперации. Устройство можетсодержать датчик 12 тока, подключен-ный к входу формирователя 6 импульсовфорсирования (штриховая линия,фиг.1). формирователь 6 импульсов может быть подключен входом к входу перво.- го элемента 2 или к датчику 12 тока. Выход формирователя 6 импульсов подключен к второму входу элемента ИЛИ 10 и вхоДу второго инвертора Я, соединенного выходом с вторым и третьим входами элементов И 9 смежных каналов усилителя мощности. Первый вход элемента ИЛИ 10, подключенного выходом к входу второго ключевого элемента.5, соединен с выходом элемента И 9, первый вход которого подключен через первый инвертор 7 к .входу первого ключевого элемента 2, а второй и третий входы элемента И 9 соединены с выходами вторых инверторов 8 смежных с данным каналов.Устройство работает следующим образом.При подаче на вход распределителя 1 импульсов сигнала управления Е (фиг,2) на его входах вырабатыва 1 О 5 2 О 25 ЗО 35 При этом к фазе 3 прикладываетсявстречное напряжение Ц-П, а накопленная в ней электромагнитная энергия передается в,источник питаниямиПод действием всгречно приложенного напряжения ток в отключенной фазебыстро спадает до нуля, что обеспечивает высокое быстродействие привода и работу шагового двигателя вобласти высоких частот.1246демпфирующих свойств шагового дв= гателя в рассматриваемой схеме после спадания тока в фазе до нуля, момент которого соответствует окончанию импульса форсирования П, сигнал единично"о уровня с выхода первого инвертора 7 открывает элемент И 9, на . остальных входах которого также присутствуют сигналы единичного уровня. Сигнал единичного уровня с выхода 10 элемента И 9 через элемент ИЛИ 10 вновь открывает второй ключевой элемент 5, что обеспечивает закорачивание фазы 3 по цепи: диод 11, ключевой элемент 5. В закороченной фазе 3 15 под действием ЭДС вращения протекает ток, вызывающий демпфирование колебаний мгновенной скорости ротора двигателя. Если отключенную фазу 3 держать закораченной при коммутации 20 ;смежных с ней фаз, имеющих магнитную ,связь, то это замедляет протекание в них электромагнитных переходных процессов нарастания и спадания тока, что приводит к снижению диапазона 25 рабочих частот привода. Поэтому в рассматриваемой схеме предусмотрены связи смежныхканалов усилителя мощности через инверторы 8, запирающие элемент И 9 и, соответственно, второй ключевой элемент 5 при включении формирователя 6 импульсов любого из смежных каналов. Для четырехфазного двигателя, например, первая фаза должна быть разомкнута при включении15 второй и четвертой фаз.Относительная длительность импульса форсирования Б растет при увеличении частоты управления Е, поэтому в области низких частот, где колеба ния скорости значительны, фаза двигателя закорачивается в рассматриваемой схеме на длительное время, что обеспечивает большое демпфирование, Однако в области высоких частот большое демпфирование снижает нагрузочные свойства двигателя, поэтому здесь целесообразно уменьшить время, в течение которого отключенная фаза закорочена. В рассматриваемой схеме изменение времени,. в течение которого отключенная фаза закорочена, обеспечивается автоматически. Поскольку длительность С, импульса форсирования Би практически неИзменна, а пе риод коммутации с ростом частоты управления уменьшается, то с ростом частоты уменьшается и время, в течение 33 О 4которого отключенная фаза закорочена.Таким образом, демпфирование с ростом частоты уменьшается, что обеспечивает сохранение нагрузочной способности двигателя и широкого диапазона рабочих частот.Описанный принцип работы устройства сохраняется независимо от направления движения шагового двигателя, которое определяется сигналами на входах В и Н распределителя 1 импульсов. При сигнале логической единицы на входе В и логического нуля на входе -Н распределитель импульсов обес" печивает прямое чередование переключаемых фаз и соответствующее ему направление движения шагового двигателяЕсли на вход Н подан сигнал логической единицы, а на вход В - логического нуля, то порядок чередования фаз и направление движения двигателя изменяется на обратные.Выполнение устройства управления шаговым двигателем по рассматривае-. мой схеме позволяет исключить различного рода внешние демпфирующие устройства, устанавливаемые по валу двигателя и снижающие его нагрузочные свойства и быстродействие.Формула изобретенияУстройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в,себя первый ключевой элемент, подключенный входом к соответствующему выходу распределителя импульсов и связывающий фазу двигателя через разделительный диод с источником постоянного тока низкого уровня, а через диод рекуперации - с источником постоянного тока высокого уровня, подключенного к разделительному диоду через второй ключевой элемент, и формирователь импульсов форсирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности движения и устойчивости шагового двигателя, каждьп канал усилителя мощности снабжен элементами И, ИЛИ и двумя инверторами, первьп из которых подключен входом к входу первого ключевого элемента, а выходом - к первому входу элемента И своего канала, соединенного вторым и третьим входами с выходами вторых инверторов смежных ка3 1246330 6налов, а выходом - с первым входом теля импульсов Форсирования и входу элемента ИЛИ, .подключенного выходом, второго инвертора, соединенного выхо-, к входу второго ключевого элемента, а дом с вторым и третьим входами элевторым входом - к выходу формирова- ментов И смежных каналов. оставитель З.Горинехред Л.Олейник орректорМ.Максимишинец Редактор НБобков Заказ 4019 5 коми и оская д. 4/5 ческое предприятие, г,ужгород, ул. Проектная,роизводственно ол ВНИИПИпо113035,Тираж 631Государственног елам изобретени сква, Ж, Рау Подписнота СССРытий