Коммутатор фазы шагового двигателя

/00 . 5 Н САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ ОВОГО тротехни- егулировашаговым овышение ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский государственный университет(56) Авторское свидетельство СССР М 1166258, кл. Н 02 Р 8/00, 1986.Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессоРные системы управления. - М.: 1987, с. 113,(54) КОМ МУТАТО Р ФАЗ Ы ШДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к злке и может использоваться дляния электродвигателей свращением, Цель изобретения --Ж 1721784 А 1 2КПД коммутатора. Коммутатор содержитниэковольтныЙ 1 и ВысокОВОльтный 2 источники питания, ключ 4, управляемый входным сигналом, форсировочный ключ 7, двасиловых диода 5 и 6, трансформатор 9 спервичной 14 и вторичной 8 обмотками иобмоткой 11 положительной обратной связи, резистор-датчик 10 тока, ключ 13 отключения форсировки, разделительныйконденсатор 17, токоограничивающий резистор 15 и шунтирующий диод 16, Рези-.стор-датчик может быть шунтированконденсатором 18. КПД возрастает вследствие снижения рассеиваемой мощности в элементах, находящихся под большим током,Включение конденсатора 18 параллельнорезистору-датчику 10 приводит к повыше- Янию устойчивости процесса закрытия форсировочного ключа 7, 1 з.п; ф-лы, 2 ил,Изобретение относится к устройствам для регулирования электродвигателей с шаговым вращением якоря.Известны схемы коммутаторов фазы шагового двигателя (ШД) с одним источником питания.Недостатком известной схемы является низкий диапазон скоростей вращения двигателя из-за ограниченной скорости изменения тока в его обмотках.Известны схемы коммутаторов фазы ШД с двумя источниками питания с повышенной скоростью изменения тока в нагрузке,ИЗвестный коммутатор содержит низковольтный и высоковольтный источники питания с общим выводом, основной ключ, соединенный выходом с общим выводом, силовым входом - с клеммой для подключения одного вывода коммутируемой обмотки и через первый диод с выводом высоковольтного источника питания и силовым входом ключа форсировки, и второй диод, соединенный с выводом низковольтного источника питания и с клеммой для подключения к второму выводу коммутируемой обмотки. Управляющий вход ключа форсировки через буферный транзисторный каскад и моностабильный мультивибратор связан с управляющим входом коммутатора,Недостатком известного коммутатора является недостаточно высокое быстродействие по цепи форсировки из-за низкого выходного сопротивления буферного транзисторного каскада ключа управления форсировки, что приводит к увеличению динамических потерь мощности и снижению надежности ключа форсировки.Цель изобретения - повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что в известном коммутаторе фазы ШД введены ключ прекращения форсировки, разделительный резистор, шунтирующий диод, разделительный конденсатор, токоограничивающий резистор, датчик тока и трансформатор, цепь из последовательно соединенных первичной обмотки трансформатора и токоограничивающего резистора подключена параллельно шунтирующему диоду между управляющим входом ключа прекращения форсировки квыводам разделительного конденсатора, другой вывод которого соединен с входом основного ключа, управляющий вход ключа прекращения форсировки через разделительный резистор соединен с датчиком тока и выводом обмотки положительной обратной связи (ПОС) трансформатора, другой вывод которой подключен к управляющему входу 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ключа форсировки, второй. вывод датчика тока соединен с выходом ключа прекращения форсировки и вторым диодом.В результате достигается низкое выходное сопротивление цепи управления ключафорсировки, что приводит к повышению быстродействия.С целью повышения надежности коммутатор снабжен конденсатором, подключенным параллельно датчику тока.На, фиг.1 представлен вариант схемыкоммутатора; на фиг,2 - временная диаг- .рамма работы коммутатора,Коммутатор фазы ШД содержит низковольтный 1 и высоковольтный 2 источникапитания с общим минусом, коммутируемуюобмотку 3. Один конец коммутируемой обмотки 3 через управляемый входным сигналом основной ключ (МРМ-транзистор) 4связан с общим приводом и через диод 5 сплюсом высоковольтного источника 2.Другой конец нагрузки 3 связан с плюсомнизковольтного источника через диод 6 ис плюсом высоковольтного источника через последовательно включенные ключ 7форсировки ЙРМ-транзистор), обмоткуПОС 8 трансформатора 9, резистор-датчик10 тока. Вторичная обмотка 11 трансформатора 9 соединена с базой и эмиттеромфорсировочнога транзистора 7. Полюса резистора-датчика 10 тока соединены с эмиттером и базой (через резистор 12)МРМ-транзистора- ключа 13 прекращенияфорсировки, коллектор которого соединенс базой форсировочного транзистора 7.Последовательно соединенные первичнаяобмотка 14 трансформатора и токоограничивающий резистор 15 зашунтированы диодом 16 и Связаны одним концом с базойтранзистора 13, другим концом через разделительный конденсатор 17 с точкой соединения коммутируемой обмотки 3 иколлектора транзистора 4, Связь базытранзистора 13 через диод 16 и конденсатор 17 с точкой соединения ключа 4 и коммутируемой обмотки 3 обеспечиваетдополнительную ПОС для транзистораключа 13 прекращения форсировки, Резистор-датчик 10 тока зашунтирован конденсатором 18,На фиг,2 представлены временные диаграммы следующих величин: входной сигнал 19, напряжение 20 на коллекторетранзистора 4 (один конец коммутируемойобмотки 3), напряжение 21 на противоположном конце коммутируемой обмотки, ток22 в коммутируемой обмотке, ток 23 в первичной обмотке 14 трансформатора 9, ток 24вторичной обмотки 11, падение напряженйя25 на резисторе-датчике 10 тока, где 01 - на20 пряжение низковольтного источника 1, Ог - напряжение высоковольтного источника 2.Коммутатор работает следующим образом.Замыкание транзисторного ключа 4 под 5 действием входного сигнала 19 обеспечивает прохождение тока 22 через коммутируемую обмотку 3, В момент, перехода от разомкнутого к замкнутому состоянию транзистора 4 скачок напряжения на его 10 коллекторе передается через кбнденсатор 17 и резистор 15 в первичную обмотку 14 трансформатора 9, вызывая в ней скачок тока 23, который трансформируется в ток 24 вторичной обмотки и вызывает откры вание форсировочного транзистора 7. ПОС по току через обмотку 8 трансформатора 9 обеспечивает дальнейшее открытое состояние транзистора 7, Открытые ключи 4 и 7 коммутируют на обмотку 3 напряжение высоковольтного источника, вызывая в ней плавное нарастание тока (диаграмма 22),Нарастающий ток через открытый ключ 7 приводит к прямопропорциональному росту падения напряжения 25 на резисторе -25 датчике 10 тока. При достижении падения напряжения 25 заданного порога (около 0,7 В) приоткрывается транзистор 13 прекращения форсировки, который, шунтируя управляющий вход ключа 7 форсировки,уве личивает в ключе 7 падение напряжения. Действие дополнительной ПОС по напряжению путем разряда разделительного конденсатора 17 в базе транзистора 13 ведет к лавинообразному нарастанию коллекторно го тока транзистора 13 и быстрому закрытию транзистора 7, Конденсатор 18 за счет наличия подпора отрицательным напряжением базы транзистора 7 в начальный момент его закрытия обеспечивает увеличение 40 устойчивости процесса выключения транзистора 7, и следовательно, повышение надежности коммутатора.После выключения транзистора 7,ток в коммутируемую обмотку 3 поступает от низ ковольтного источника 1 через диод б. При этом он мало меняется во времени и его установившееся значение определяется активным сопротивлением коммутируемой обмотки 3. 50При выключении транзистора 4 в коммутируемой обмотке 3 через диоды 5 и б прикладывается разность напряжений источников 2 и 1 в обратном направлении, вызывая в коммутируемой обмотке 3 быст рый спад тока диаграмма 25).Дополнительная ПОС для ключа 13 прекращения форсировки может быть осуществлена другими способами, например путем связи базы транзистора прекращения фор- е сировки,.соединенной через резистор с полюсом резистора - датчика 10 тока, с высоковольтным источником 2, низковольтным источником 1 или общим проводом через конденсатор. Кроме того, е качествелюча 13 прекращения форсировки может быть использован управляемый тиристор, который является ключом с внутренней ПОС, В случаях организации ПОС для ключа 13 прекращения форсировки указанными способами противоположный от управляющего входа коммутатора конец первичной обмотки трансформатора связан с общим привбдом.Первичная обмотка трансформатора 9 может быть включена через разделительный конденсатор в любую из точек входной цепи коммутатора, где присутствует сигнал управления коммутатором. Данная связь может быть использована вместо подключения первичной обмотки через резистор 15 и конденсатор 17 к коллектору транзистора 4.При максимальном токе в нагрузке 3 ампера падение напряжения в силовых диодах 5 и б и ключах 4 и 7 около 1 В, рассеиваемая мощность в выходном каскаде открытого коммутатора будет около б Вт. Для сравнения рассеиваемая мощность в известном коммутаторе при напряжении высоковольтного источника 2,2 кВ и базовом токе форсировочного транзистора 7 0,5 А составляет не менее 100 Вт, Поэтому рассеиваемая мощность е предлагаемомком- мутаторе уменьшается в несколько раз по сравнению с известным,. что приводит к соответствующему росту КПД, и в сочетании с упрощением схемы позволяет повысить надежность, снизить вес и габариты конструкции коммутатора, а также использовать увеличенное напряжение высоковольтного источника для повышения максимальной рабочей скорости вращения шагового двигателя,Формула изобретения 1. Коммутатор фазы шагового двигателя, содержащий низковольтный и высоковольтный источники питания с общим выводом, основное ключ. соединенный выходом с общим выводом, силовым входом - с клеммой для подключения одного вывода коммутируемой обмотки и через первый диод с выводом высоковольтного источника питания и силовым входом ключа форсировки, и второй диод, соединенный с выводом низковольгного источника питания и с клеммой для подключения к второму выводу коммутируемой обмотки. о т л ич а ю щ и й е я тем, что, с целью повышения1721784 Составитель А. ЗиновьевРедактор Н. Тупица Техреа М,Моргентал Коррект ксимиш 4Тираж .Подписное,И Государственного комитЕта по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 96 ВНИроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л.Гагарина, Ю 1 быстродействия, введены ключ прекращения форсировки, разделительный резистор, шунтирующий диод, разделительный конденсатор, токоограничивающий резистор, датчик тока и трансформатор, цепь 5 из последовательно соединенных первичной обмотки трансформатора и токоограничиваю щего резистора подключена параллельно шунтирующему диоду между управляющим входом ключа прекращения 1 О форсировки и выводом разделительного конденсатора, другой вывод которого соединен с входом основного ключа, управляющий вход ключа прекращения форсировки 8через разделительный резистор соединен с датчиком тока и выводом обмотки положительной обратной связи трансформатора, другой вывод которой подключен к выходу ключа форсировки вместе с выводом вторичной обмотки, другой вывод которой подключен к управляющему входу ключа форсировки, второй вывод датчика тока соединен с выходом ключа прекращения Форсировки и вторым диодом.2. Коммутатор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежн сти, в него введен конденсатор, подключе ный параллельно датчику тока.