Устройство для управления многофазным шаговым двигателем

)4 Н 02 Р 8/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВ НОМУ С ннн ьппк о СС 1977, СССР 1978.ЕНИЯ МНО- М облас- ретения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Рижское производственобъединение ВЭФ им, В, И,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕ(57) Изобретение относитсяти электротехники. Цель из расширение рабочего диапазона частот.Устройство содержит источник сигналовуправления 5, многоканальный коммутатор 8, каналы управления 1-4, источник постоянного напряжения 16.Каждый выход многоканального коммутатора 8 подключен к входу формирователя канала управления, Импульсы запускают формирователь и на элементИ 12 поступает сигнал, разрешающийработу счетчика 7, Введение делителя частоты 6, а в каждом канале управления - счетчика 7 и цеди задержки 11 позволяет расширить рабочий диапазон частот. 3 ил.1 13Изобретение относится к управлению электрическими машинами и мо"жет быть использовано в шаговом электроприводе,Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот,На фиг. 1 показана схема устройства применительно к 4-фазному двигателю; на фиг. 2 - временные диаграммы работы; на фиг, 3 - изменениетока и напряжения фаз при различцойрабочей частоте,Устройство для управления многофазным шаговым двигателем содержитчетыре канала 1 - 4 управления, источник 5 сигналов управления, делитель 6 частоты, счетчик 7 с коэффициентом пересчета ш, многоканальныйкоммутатор 8, формирователь 9 длительности импульсов, 0-триггер 10,цепь 11 задержки, элемент И 12, ключевой элемент 13, Фазовые обмотки14 ф, демпфирующие диоды 151 в 1и источник 16 постоянного напряженияДиаграммы с-фиг, 2) отображают напряжения на входах многоканального коммутатора 8, -сигналы навыходе одновибратора первого канала1 управления, е - напряжение на управляющем входе ключевого элемента13 первого канала 1 управления, ж -напряжение на входе сброса счетчика 7 первого канала 1 управления,- напряжение на выходе заполнениясчетчика 7, и - напряжение на выходеодновибратора 9 длительности импульса второго канала 2 управления,напряжение на управляющем входе кпючевого элемента 13 второго канала 2управления,На Фиг, 3 на диаграммах а показано изменение тока и напряжения фазпри низкой частоте, на диаграммахб, ь - на высокой частоте.Устройство работает следующимобразом,Импульсы с источника 5 управляющих сигналов, например генераторас частотой К, поступают на делительб частоты и счетчики 7. С выхода делителя 6 частоты импульсы с частотой Оп поступают на вход многока"нального коммутатора 8, на выходахкоторого получаются сдвинутые друготносительно друга импульсные последовательности. Число выходов многоканального коммутатора 8 равно числуфазных обмоток электродвигателя,09250 2 Каждый выход многоканального коммутатора 8 подключен к входу одновибратора 9 соответствующего канала управления, Импульс с выхода многоканального коммутатора 8 запускаетюодновибратор 9, на выходе которогообразуется импульс с длительностьюПри срабатывании одновибратора 9на вход сброса счетчика 7 через цепь1 О 11 задержки и элемент И 12 поступаетсигнал, разрешающий работу счетчика 7,По окончании импульса на выходеодновибратора 9 по фронту срабатывает В-триггер 1 О, с его прямоговыхода на ключевой элемент 13 поступает включающий сигнал и черезФазную обмотку 14 начинает протекать ток от источника 16 постоянно 20 го напряжения Цепь 11 задержки позьоляет исключить паразитный импульсна выходе элемента И 12 при срабатывании 0-триггера 10, Поэтому навходе сброса счетчика 7 продолжает25 действовать разрешающий сигнал исчетчик 7 продолжает считать импульсы, поступающие от источника 5 сигналов управления. При заполнении счетчика 7 на выходе .заполнения: появля 30 ется импульс, который сбрасываетР-триггер 10. При этом запираетсяключевой элемент 13, обесточиваяфазную обмотку 14 , и счетчик 7прекращает счет, Схема устанавливается в исходное состояние, Демпфирующий диод 15 предотвращает выбросыЭДС самоиндукции при отключении Фазной обмотки 14,Таким образом, длительность им,10 пульсов тока, протекающего черезфазную обмотку 14 , равна й=г.-С,где С - время заполнения счетчика7, зависящее от частоты Г импуЛьсов источника 5 сигналов управдения,15 и от коэффициента ш пересчета счетчика 7 1:=чп/:), , - длительностьимпульса формирователя 9 длительности импульсаПараметром, характеризующм режим5 О коммутации обмоток и силового электродвигателя, можно считать временное перекрытие П импульсов тока всоседних Фазных обмотках.При симметричной коммутации и потенциальном управлении щаговым электродвигателем оптимальными являются значения от П = - на никней рабочей2частоте (т.е, цикл коммутации 12-23-34-41) до П = 0 на верхней рабочейчастоте (т,е, цикл коммутации 1-2 в-3-4), лВ предлагаемой схеме управления иш п мП 5с1с 4Для достижения постоянства тягоого усилия шагового электродвигатея при изменении скорости движения сточник 1 б постоянного напряжения ожет быть регулируемым в зависимоти от частоты или От среднего значения тока в фазной обмотке.Таким Образом, повышается надежность работы устройства за счет уменьшения количества ключевых элементов (ключевые элементы - наиболее нагруженные и, соответственно, наименее надежные элементы устройства управления шаговыми электродвигателями)", расширяется рабочий диапазон частот за счет обеспечения оптимального цикла коммутации в заданномчастотном диапазоне и улучшаютсяэнергетические характеристики двигателя за счет Отсутствия форсирования,а также за счет более полного использования электромагнитных сил навысоких частотах,Формула Устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее каналы управления по числу фаз,источник сигналов управления и коммутатор, выходы которого соединены свходами каналов управления, каждыйиз которых включает в себя подключенный к входу канала одновибратор,О-триггер, элемент И и ключ, управляющий вход которого подключен кпрямому выходу В-триггера, силовойВХОД К ИСТОЧьИКУ Питаиня ВЫХОДк фазе двигателя, шунтированныйдиодом, выход одновибратора соединенс тактовым входом 0-триггера инверсный выход которого подключен кпервому входу элемента И, 0-входсвязан с источником питания, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения рабочего диапазоначастот, в него введен делитель частоты, а в каждый канал управлениявведены счетчик и элемент задержки,причем источник сигналов управлениясоединен с тактовыми входами счетчиков и через делитель частоты свходом коммутатора, элемент задержки входом подключен к выходу одновибратора, а выходом - к второмувходу элемента И, выход которого соединен с входом сброса счетчика, выход заполнения которого соединен свходом сброса В-триггера,Выбрав соответствующим образомш, и и й можно получить требуемыйзакон изменения П в рабочем диапазоне частот (т,е. скоростей движения10шагового электродвигателя),На низких частотах, когда длительность управляющего импульса болеечем в 3-5 раз превышает постоянную15времени, обусловленную параметрамифазной обмотки двигателя, коммутацияпроисходит по классической схеме 12-23-34-41 (фигЗа). Однако навысоких частотах, когда постояннаявремени 7 соизмерима с длительностьюимпульса, затягивание спада токаприводит к увеличению числа одновременно включенных обмоток (фиг. Зв),что приводит к падению электромагнитного момента вплоть .До полной остановки двигателя (при дальнейшем увеличении частоты).Однако устройство как бы сдвигаоет передний фронт импульса управления, укорачивая длину импульса навеличину, задаваемую. одновибратсром 9,Таким образом, реальное подключение фазовых обмоток на высоких частотах при использовании устройства становится гораздо ближе к коммутации12-23-34-41, (эпюры тока, фиг, Зс),Особенно этот момент существенен длясиловых щаговых двигателей, имеющихГ 0,1-0,15 с, где на частотах даже40порядка 100 Гц падает момент (усилие)и при остановке наблюдается отработка на неполный шаг назад из-за того,что одновременно протекает ток втрех катушках,45Практически можно рекомендоватьшследующие соотношения - = 2, длительпность импульса(0,4 - 0,45)г.,где с - длительность управляющегоимпульса на максимальной высокойчастоте рабочего диапазона,Выбор параметров ш и и зависитот требований к сложности схемы иплавности изменения длины импульса.В реальной практике достаточно ш =30 - 50. и зс бре тения1309250 Фиг.2 Составитель В, Алфимов лайчук Техред М,Ходанич Корректоршетн Редакто ПодписиСР каз 1803/ ВНИетатий коми ог ий т 5 наб д,а 1303 а дприяти Тир Государственн елам изобретен Москва, Ж, 1 р он зводственно-полиграфическ жгород, ул. Проектная, 4