Устройство для управления многофазным шаговым электродвигателем

.ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 09) Ц 1) О 8/00 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМ ТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Институт электродинамики АН Украинской ССР(53) 621.313.12-133.3(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР М 653714, кл, Н 02 Р 8/00, 1977,2. Авторское свидетельство СССР % 813657, кл. Н 02 Р 8/00, 1979.3. Авторское свидетельство СССР % 862345, кл, Н 02 Р 8/00, 1981, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЪМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее источник постоянного напряжения, свя занный через многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвигателя, распределитель импульсов, делитель частоты, блок программного управления и форсирующие цепи, состо.ящие иэ конденсаторов, диодов и тирис торов и образующие цве группы, г 1 цключенныа соответственно к нечетным и четным каналам усилителя мощности, отличающееся тем,что,с целью расширения диапазона рабочих частот, оно снабжено цросселем, тремя ключами, триггером, блоком сравнения частоты, элементом И, оцновибратором и конценсатором, подсоединенным к ши нам источника питания, вход оцновибра тора к входу делителя частоты и выхо цу блока программного управления, выход одновибратора - к первому входу элемента И, соединенному вторым вхо цом с выходом блока сравнения частоты, подключенного вхоаом к выходу целителя частоты и входу распрецелителя импуль сов, причем выход элемента И поцсоеци, нен к управляющему входу первого клю . ча, связывающего цроссель, соециненный одним зажимом с оцной шиной источника, с цругой шиной источника питания, а цва других ключа подсоединены управ ляющими входами к выходам триггера, поцключенного счетным входом к выхоцу целителя частоты, каждый.иэ цвух пос . лецних ключей одним силовым вывоцом подключен к зажиму дросселя и сипово му выводу первого ключа, а аругим к аноду тиристора одной из групп форсирую. щих цепей, соециненному катоцом раэцелительного циоца соответствующей .группы обмоток.Изобретение относится к. электротехнике и может быть использовано в схемах питания цлинноходовых линейныхэлектромагнитных цвигателей, шаговыхдвигателей, поочередно включаемых5электромагнитных механизмов и др.Известно устройство цля управленияэлектромеханическим преобразователем,например шаговым электродвигателем споочередно включаемыми обмотками, 1 Осоцержашее источник постоянного токасвязанный через разцелительные диодыи многоканальный усилитель мощности сзажимами обмоток электродвигателя,и форсирующие цепи, включающие в себя 15конденсаторы, диоды и тиристоры1 .Недостатком этого устройства является сложность, связанная с тем. чтодля обеспечения форсирования переходных. процессов к каждой из обмоток поц 20ключены цва диода, два тиристора и конценса тор,Известно также устройство цля управления электромеханическим преобразователем, например шаговым двигателем, 25содержащее источник .постоянного тока,регулятор напряжения, И -канальный усилитель мощности и разряцные цепи издиодов, тиристоров и конденсаторов,образующие две группы 2 . ЗОНедостатком этого устройства является сложность схемы, обусловленная тем,что для обеспечения форсирования переходных процессов к каждой из обмотокподключены два диода и два тиристора.Наиболее близким по технической суш.ности и достигаемому результату к пред, лагаемому является устройство цля утравления многофазным шаговым электродвигателем, содержащее источник посто- рянного напряжения связанный через многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электроцвигателя и цвегруппы форсирующих цепей, подключенныхсоответственно к нечетным и четнымканалам усилителя мощности и состояшихиз диодов, тиристоров и конценсаторов 3,Недостатком указанного .устройстваявляется ограниченный диапазон рабочих 5 Очастот, что связано с уменьшением амплитуды формирующих импульсов, с ростомчастоты управления.Цель изобретения - расширение дианазона рабочих частот устройства и цвигателя,Поставленная цель цостигается тем,что устройство, соцеркашее источник постоянного напряжения, связанныйчерез многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвига-теля, распределитель импульсов, целитель частоты, блок программногс 1управления, форсирующие цепи, состоящиеиз конденсаторов, диоцов и тиристорови образующие цве группы, подключенныесоответственно к нечетным каналам усилителя мощности, снабжено дросселем,тремя ключами, триггером, блокомсравнения частоты, элементом И, одновибратором и конденсатором, подсое-.диненным к шинам источника питания,вхоц одновибратора подключен к входуцелителя частоты и выходу блока программного управления, выход оцновибратора - к первому входу элемента И,соединенному вторым вхоцом с выходомблока сравнения частоты, подключенноговходом к выходу целителя частоты ивходу распределителя импульсов, причемвыхоц элемента И подсоединен к управляющему входу первого ключа, связывающего цроссель, соединенный одним зажимом с одной шиной источника питания,с другой шиной источникапитания, адва других ключа подсоединены управляющими входами к выходам триггера,поцключенного счетным вхоцом к выхоцуделителя частоты, каждый из двух посЛЕДНИХ КЛЮЧЕЙ ОЦНИМ СИЛОВЫМ ВЫВОЦОМпоцключен. к зажиму дросселя и силово:му выводу первого ключа, а другим - каноду тиристора одной из групп форсирую-.щих цепей. Катод тиристора подсоединен, к катоду разделительного циоца соответствуюшей группы обмоток,На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства цля управления миогофазным шаговым двигателем при поочередной коммутации фаз; на фиг. 2 - временные циаграммы сигналов.Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, распрецелитель 2 импульсов, усилитель 3 мошности, фазы (обмотки) двигателя нечетные 4 и чет ные 5 по последовательности включения, форсирующие конденсаторы 6 и 7 нечетных и четных групп по послецовательности включения обмоток, тиристоры 8 и 9 форсирующих цепей групп обмоток, конденсатор 10 и диоды 11 и 12 цепей заряда форсирующих конденсаторов, разделительные диоды 13 и 14 групп обмоток, цроссель 15, управляемые ключи 16 18, элемент И 19, блок 20 сравнения частот, состоящих из частотного компвра410 з 1037 тора 21 и генератора 22. импульсов пороговой частоты, триггер 23 переключения ключевйх элементов 17 и 18, оцно. вибратор 24, целитель 25 частоты управляющих сигналов регулируемой частоты, 5 блок 26 программного управления коммугадией обмоток двигателя.Устройство работает следующим обозом.Пусть в начальный момент поцКлючена 1 О нечетная по последовательности включения обмотка 4, Одновременно с отключением, нечетной обмотки 4 блоком 26 программного управления через целитель 25,. частоты; распределитель 2 импульсов и 15 усилитель 3 мощности осуществляется подключение четной обмотки. При отключении обмотки 4 в ней возникает ЭДС. самоинцукдии, что приводит к.заряцу конценсатора 6 поцепи 4-11-6-10-14-4 20 эа счет энергии, накопленной в магнитном поле отключаемой обмотки, вследствие чего ток в этой обмотке быстро уменьшается, Напряжение, цо которого осуще- ствляется заряд конценсатора, повышено 25 . по сравнению с напряжением источника питания, К включаемой обмотке 5 приклацйвается напряжение конденсатора 7. Повышенная величина напряжения конценсатора вызывает ускоренное нараста- ЗО ние тока во включаемой обмотке. Разряцный ток протекает по цепи 7-9-5-3-7 причем конценсатор разряжается цо напряжения, равного напряжению источника пимния, после чего тиристор 9 запирается и по обмотке протекает ток от источника питанийПри отключении четной по послецовательности включения обмотки и поцключении нечетной процессы протекают аналогично, В этом случае заряц конденсатора осуществляется по цепи 5-12-7-10-13- 5, а форсирующий ток в подключаемой обмотке протекает по цепи 6-8-4-3-6. С ростом частоты коммутации фаэ цвигателя начиная с некоторой частоты (пороговой) начинается снижение величины тока проткеаемого в обмотке к моменту ее отключения, что привоцит в итоге к уменьшению напряжения на форсирующих конденсаторах и, как слецствие, уменьшению скорости нарастания тока при включении обмотки. Это означает, что :максимальная частота привеца ограничивается пороговой частотой. 55С целью расширения циапазона рабочихчастот устройство снабжено цросселем 15, с помощью которого осуществляется поцэаряц форсирующих конценсаторов в мо менты между коммутацией фаэ цвигателя.На фиг. 2 привецены временные циаг- раммы работы устройства. Сигналы, обозначенные одним штрихом, соотвеьствуют случаю, когца рабочая частотта 1 ои меньше пороговой 1 о, а сиг налы, обозначенные цвумя штрихами, со;- ответствуют случаю, когцв 1 рои 7. пор, Поцзаряц конденсаторов цросселем 15осуществляется слецующим образом. В блоке 20 сравнения частот генератор 22 пороговой частоты вырабатывает сигналы, частота которых с помощьючастотного компаратора 21 сравнивается с частотой управляющих сигналов,поцаваемых на распрецелитель 2 импуль-,сов, При арроб с 1 по йа выхоцекомпаратора 21 буцет сигнал логического нуля а при арроб% порлогической единицы, При наличии на выхоце блока 20 сравнения частоты логического нуля (,О21 на фиг. 2 ) навыхоце элемента И 19 также буцет логический нуль (И 19) и ключ 16 закрыт,т,е, поцзаряц цросселем. 15 фиксирующихконценсаторов не осуществляется, Приналичии на выходе блока 20 логическойединицы (Ц" 21) на оцном из вхоцовфэлемента И 19 есть разрешение на прохожцение сигналов по второму вхоцу отоцновибратора 24 (Ц 24).Срабатывание оцновибратора 24 происходит по переднему фронту управляющихимпульсов, а целитель 25 частоты итриггер 23 срабатывают по зацнему фронту, что позволяет осуществить фазовый сцвиг межцу моментами коммутацииключа 16 обмоток 4 и 5 цвигателя 5и переключением триггером 17 и 18,В начальный момент времени, когда включена оцна из обмоток цвигателя 4, а всеостальные обесточены, триггер 23 устанавливается в положение, при котором8=0, а 6 =1, В этом случае ключ. 17закрыт, а ключ 18 открыт и производится поцзаряц конденсатора 7 отцросседя по цепи 15-18-7-10-15 с частотой сигнала Ц 19, При слецуюшемсигнале И 25 на коммутацию обмотоквключается оцна из обмоток 5 и ключ 17 , Й происходит разряц конценсатора 7 по . цепи 7-9-5-3-7. Одновременно с этимпроцессом отключается обмотка 4 и запирается ключ 18, а также осуществляется заряц конценсатора 6 эа счет энергии, накопленной в магнитном поле обмотки 4 к моменту ее отключения, по цепи 4-6-10-14-4 и эа счет магнитнойэнергии дросселя по цепи 15-17-6-1018. Предлагаемое устройство может работать и при парвой илн смешанной комму- тации фаз двигателя. Однако в этом случае процессы передачи энергии из отключаемой обмотки в конденсатор и из конденсатора во включаемую обмотку не разделены во времени, что.приводйт к снижению КП,П устройства. Для осущесъвления разделения во времени процессовфорсирования в отхлючаемой и включаемойобмотках поочередно включаемые обмотки обьединяются в группы, причем каждая из этих групп снабжена усилителеммсеностн и двумя группами форсирующих цепей, соединение которых с обмоъ.ками выполнено таким образом, как впредлагаемом устройстве (фиг. 1)., Козориз Техреду М,Тепер орректор А. Оэятко каз 603 П ое ал ППП "Патент", г. Ужгороц, ул тнаи, 4 4/58 Тираж 687ВНИИПИ Государственного комитетапо целам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушскаи наб.,