Устройство для управления шаговым двигателем

СООЗ СОВЕТСИИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 51)5 Н 02 Р 8 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТИ А ВТОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ я через диоды 11, нсатор 12, ключеразрядные диоды конденсатор 19, блок 21 сравнения импульсов с порополнительный клютрансформатор 23. оты управляющих гового значения двигатый к о ил азам 7 акопител вые элементы 13, 14 15-18, форсирующии обратные диоды 20, частоты управляющих значениеэлемент говым чевои При у еличении чов выше пде блока ас импулна вых ормируется сигнал 22.ок В результате трансформатора 2 валентная индукя характер проце нсаторов 12, 19, еняется уровень ния на обкладках енсатора 12 и из лючаобмот мыка ния коммутации изменяется тивность, са перезар вследствие о эк еня етс нде изб к е остаточно накопит ел ьнменяется длспада тока2 ил ог о гь Форсированногоаемой фазе 8,ительнос э о т ключ ыми электродвиомеханическими для управления шагогателями либо электпреобразователями,системах автоматики рименяемыми ви робототехники.- повышение плавного вала двигаЦель изобретениности движения вых теля.На фиг. 1 прив ная схема устройс диаграммы напряже рирующие работу уУстройство сод , тель импульсов 1,дена Функциональва, на фиг. 2 -ий и токов, иллю роиства,жит распределиыходы которого. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский кораблестроительный институт(56) Авторское свидетельство СССР В 944051, кл, Н 02 Р 8/00, 1982Авторское свидетельство СССР У 1403331, кл, Н,02 Р 8/00, 1988. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИАГОВЬМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электро - технике и может быть использовано для управления щаговыми электродвигателями. Цель изобретения - повышение плавности движения выходного вала. Устройство содержит распределитель импульсов 1, выходы которого соединены с управляющими входами, источник постоянного тока 8, подключенный к Изобретение относится к электроехнике и может бьггь использовано соединены с управляющими входами усилителя мощности, состоящего из ключей 2-5 по числу Фаз, источник постоянного тока 6, подключенный к Фазам 7-10 двигателя через разделительные диоды 11, форсирующие цепи,соединенные с группами неодновременно включаемых .Фаз и включающие в себя накопительный конденсатор 12,ключевые элементы 13, 14, разрядныедиоды 15-18, соединяющие в пределахкаждой группы выводы Фаз 7-10 с накопительным конденсатором 12 соответствующей Форсирующей цепи, Форсирующий конденсатор 19, соединенный25 через ключевой элемент 13 с общейточкой Фаз одной группы, которая через обратные диоды 20 соединена собщей шиной. Блок сравнения частоты21 служит для сравнения частоты5управляющих импульсов с пороговымзначением. Каждая Форсирующая цепьснабжена дополнительным ключевым элементом 22 и трансформатором 23. Первая обмотка трансформатора 23 включена между точкой соединения форсирующего конденсатора 19 с ключевымэлементом 13 и общей точкой разрядных диодов 15-18 соответствующей форсирующей цепи через дополнительньй ключевой элемент 22, Управляющий вход дополнительного ключевогоэлемента 22 соединен с выходом блокасравнения частоты 21. Другая обмоткатрансформатора 23 включена черезключевой элемент 14 встречно-параллельно по отношению к первой.Устройство работает слецующим образ ом.Предположим,что одна из фаз 8шагового двигателя в момент времениотключается, другая. Фаза 10 включается, а третья фаза 9 остаетсявключенной, т,ерассмотрим работуустройства при однополярной парной30системе коммутации фаз электродвигателя. При замыкании ключевого элемента 5 Фаза 10 подключается к источнику питания 6. Управляющие импульсытакже поступают на ключевой элемент 3513, Предварительно заряженный в предыдущем такте коммутации форсиров оч ный ко нд ен с а тор 19 ра зряжа ется на включаемую фазу 10 двигателя поцепиф ключевой элемент 13 - вклю чаемая Фаза 10 - замкнутый ключевой элемент 5. При разряде форсировочного конденсатора 19 осуществляется Форсированное нарастание тока во включаемой фазе 10 двигателя в тече пие времени й -с, как показано на . Фиг. 2, где 1 о- ток в фазе 10 двигателя, При снижении напряжения на обкладках Форсировочного конденсатора 19 до значения напряжения источ ника питания 6 ключевой элемент 13 запирается, Тогда через включаемуюГфазу 10 двигателя протекает ток от источника питания 6 по цепи: разделительный диод 11 - фаза двигателя 55 10 - ключевой элемент 5. В это же время происходит размыкание ключевого элемента 3 (момент о на фиг, 2). Фаза 8 двигателя откпючается от источника питания 6. За счет энергии, запасенной в магнитном поле отключаемой Фазы 8, происходит заряд накопительного конденсатора 12. Ток протекает по следующему контуру: разрядный диод 15 - накопительный конденсатор 12 - обратный диод 20 - отключаемая Фаза 8. Длительность переходногопроцесса спадания тока фазы зависит от уровня и знака напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12 в момент коммутации фазы двигателя. Причем, чем выше уровень напряжения на обкладках накопительного кон" денсатора 12 в момент отключения фазы от источника питания, тем меньше время лереходного процесса спадания тока в отключаемой фазе 8 двигателя. При уменьшении уровня напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12 до нуля или даже смене знака напряжения время переходного процесса спадания тока в отключаемой фазе 8 двигателя увеличивается. На фиг. 2 показано напряжение на обкладках накопительного конденсатора 12. Ток 1 - в отключаемой фазе 8 двигателя, на низкой частоте переключений фаз двигателя (время-й,) и на высокой частоте (время С -С ) при начальном значении напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12, равном нулю. Следовательно, изменяя уровень напряжения на обкладках накопительного конденсатора 12 в момент коммута"ции фаз двигателя, изменяют времяпереходного процесса спадания токав отключаемой фазе 8 двигателя.Одновременно с приходом следующего управляющего импульса на распределитель импульсов 1 импульсы управления поступают на ключевой элемент 14,При включении ключевого элемента 14 накопительный конденсатор 12 пере- заряжается по следующему контуру: ключевой элемент 14 - согласно включенная обмотка трансформатора 23- форсировочный конденсатор 19Повстречно включенной обмотке трансформатора 23 ток не протекает, так как на низкой частоте переключений фаз ключевой элемент 22 разомкнут. Процесс перезаряда накопительного конденсатора 12 может быть как периодическим, так и апериодическим в зависимости от значения индуктивности обмотки трансформатора 23 (индуктивное сопротивление контура. перезаряда конденсаторов равно емкостному5 16 сопротивлению данного контура), переходный процесс в контуре перезаряда становится периодическим. По окончании переходного процесса напряжение на обкладках накопительного конденсатора 12 уменьшается до нуля (фиг.2 диаграмма Б 1, время й) или даже изменяет знак. При уменьшении тока, протекающего в контуре перезаряда до нуля, ключевой элемент 14 запирается (Фиг, 2, диаграмма тока 1, время 3-й 4,) . Напряжение на обкладках накопительного 12 и форсировочного 19 коцценсаторов сохраняется до следующего включения фаз двигателя. При последующих переключениях фаз двигателя работа устройства на низких частотах повторяется.При увеличении частоты управляющих импульсов выше порогового значения на выходе блока сравнения . частоты 21 формируется сигнал единичного уровня, который разрешает прохождение управляющего импульса на управляющий вход ключевого элемента 22, осуществляя его замыкание (замыкание и размыкание ключевого элемента 22 осуществляется синхронно с ключевым элементом 14)В этом случае изменяется эквивалентная индуктивность трансформатора, включенного в контур перезаряда. При протекании по обмоткам трансформатора 23 равных по значению токов и учитывая, что коэффициент связи между обмотками,. которые намотаны на одном сердечнике, равен 0,95-0,99, эквивалентная индуктивность уменьшается. При таком включении обмоток эквивалентная индуктивность трансформатора равна1.,1.- М ЭКВ 1, +1 р+ 2 Мгде Ь 1, Ь - индуктивности первой ивторой обмоток трансформатора соответственно,.М - коэффициент взаимоиндукции,Тогда процесс перезаряда конденсаторов 12, 19 становится апериодическим. В этом случае уменьшаетсядлительность форсированного спаданиятока в отключаемой фазе 8 двигателя(фив. 2, диаграмма тока 18 - в отключаемой фазе 8, интервал й -6 идиаграмма тока 1 - в контуре перезаряда, иитервал С-сб). С приходомследующего управляющего импульса ра 44354 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 бота устройства повторяется, При переключениях фаз 7, 9 двигателя форсированньп спад и нарастание тока обеспечивают конденсаторы 12, 19 со- ответствующей форсировочной цепи.При таком выполнении устройства достигается повышение плавности движения выходного вала путем изменения степени форсирования процесса спадания тока в отключаемой фазе шагового электродвигателя в функции частоты управляющих импульсов, при сохранении высоких динамических характеристик двигателя. Формула изобретенияУстройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами усилителя мощности, состоящего из ключей по числу фаз, источник постоянного тока, подключенный к фазам двигателя через разделительные диоды, форсирующие цепи, соединенные с группами неодновременно включаемых фаз, каждая из которых включает в себя накопительный конденсатор, два ключевых элемента, разрядные диоды, соединяющие в пределах каждой группы выводы фаз с накопительным конденсатором соответствуюшей форсирующей цепи, форсирующий конденсатор, соединенный через первый ключевой элемент с общей точкой фаз одной группы, которая через обратные диоды соединена с общей шиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения плавности движения выходного вала двигателя, в устройство введен блок сравнения частоты управляющих импульсов с пороговым значением, а каждая форсирующая цепь снабжена дополнительным ключевым элементом и трансформатором, первая обмотка которого включена последовательно с дополнительным ключевым элементом между точкой соединения форсирующего конденсатора с первым ключевым элементом и общей точкой разрядных диодов соответствующей форсирующей цепи, другая обмотка трансформатора включена через второй ключевой элемент встречно- параллельно по отношению к первой, управляющий вход дополнительного ключевого элемента подключен к выходу блока сравнения, вход которого подключен к входу тактовой частоты распределителя импульсов.1644354 авитель В.ЛлФимед М,Дидык Стенин алец а екто 3 при ГКНТ СС дарственного комитет 113035, Москва,а шо-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород роизв аказ 14 б 7НИИПИ Гос Подписное изобретениям и открыт 5, Раушская наб., д. 4