Устройство для управления шаговым двигателем

(5 Е ИЗОБРЕТЕН троительвин о СССР1985,СССР1982йстВО ДЛЛ ЕЛЕН етение от может бытьм электропр игателем,повьппении РАВЛЕНИЯ ШАГ(54) ВЫМ (5 7) техн циск шаго сост УСТР ВИГА Изоб ке и етно ым д ит в лектроано влновыметения осится к использо иводе с в Цель иэоб 1(ПД, При тупГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 21) 4419752/24-0722) 03,05,8846) 07,02,90, Вюл, Р 571) Ленинградский кораблеый институт72) С,М,Дерипаско, В,И,СаА,П,Сеньков53) 621.313,525(088,8)56) Авторское свидетельст1166258, кл. Н 02 Р 8/00Авторское свидетельство944051, кл, Н 02 Р 8/00,2пении очередного импульса управления Гу происходит переключение фаэ 8 двигателяЭнергия, запасенная в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через диод 6 на конденсатор 9, При этом ток, протекающий в фазной обмотке, уменьшается, тогда как напряжение на конденсаторе 9 растет, По окончании процесса заряда конденсатора 9 осуществляется его разряд на отключаемую фазу 8 через вспомогательный ключевой элемент 5, При этом ток протекает в отключаемой фазе в направлении, противоположном направлению включения источника 2 питания, Это позволяет уменьшить остаточный магнитный поток, вследствие чего уменьшаются электромагнитные силы, препятствующие перемещению ротора в новое фиксированное положение, 3 ил,Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению щаго-.выми двигателями, преимущественноволновыми (ЮД), и может быть использовано в дискретных системах автоматического управления,Цель изобретения - повьпиение 1(ПД,На Фиг, 1 приведена ФункциональнаяСхема устройства применительно к четырехфазному В 1 Д; на Фиг, 2 - временНые диаграммы напряжений, иллюстриудщие работу устройства; на Фиг, 31 риццициаыдцая схема блока совпапедия15Устройство (Фиг, 1) содержит распределитель 1 импульсов, источник 2 .питания, Функциональный преобразоватедль 3 частот - длительность, вход,которого соединен с тактовым входомраспределителя 1 импульсов, многока,нальный усилитель мощности, каждыйканал которого включает в себя основной ключевой элемент 4, управляющийвход которого соединен с выходом распределителя 1 импульсов, вспомогательный ключевой элемент 5, диод 6,дополнительный диод ., который соединяет общую юину источника 2 питанияс точкой Соединения Фазы 8 двигателя 30с основным ключевым элементом 4, которая через соединенные встречно-параллельно диод 6 и вспомогательныйключевой элемент 5 соединена с обкладкой конденсатора 9. Другая обкладка конденсатора 9 соединена с общейточкой соедццеция Фазных обмоток 8двигателя и с источником 2 питания,Управляющие входы вспомогательныхключевых элементов 5 соединены с выходами логических элементов И 10,первые входы которых соединены с выходом функционального преобразователя 3, Вторые входы логических элементов И 10 соединены с выходами блока11 совпадения, Входы последнего соединены с .выходами и входами направления распределителя 1 импульсов,В качестве Функционального преоб .разователя 3 может быть использованолустройство, состоящее из преобразователя частота - код и преобразователякод - длительность,Влок 11 (Фиг, 3) содержит четыреэлемента И 12, попарно связанных вхо - 55дами с выходами распределителя 1 импульсов, а выходами - с входами восьми элементов И 13, другие входы которых соединены с входами направления движения распределителя 1 импульсов, а выходы - с Входами четьрех элементов ИЛИ 14, выходы которых соединены с управляющими входами вспомогательных ключевых элементов 5,Состояния блока 11 приведены в таблице,Устройство работают следующим образом,Рассмотрим работу устройства напримере четырехфазного В 11 Д при паоноГсимметричной системе коммутации фаз,Импульсы управления;:у (фиг, 2)поступают на вход распределителяимпульсов, на выходах которого формируется последоВательность прямоу гольных н апр яжений Б(фиг, 2). Данная диаграмма иллюстрирует случай, когда двигатель осуществляет движение вперед, т,е. навходе В присутствует сигнал единичного уровня, а на входе И присутствует сигнал нулевого уровня, которыепоступают на управляющие входы основных ключевых элементов 4.Импульсы управления поступаюттакже на вход Функционального преобразователя 3, Формирующего на выходеимпульсы напряжения Б (Фиг, 2),длительность которых изменяется вфункции от частоты управляющих импульсов Йд причем с увеличениемчастоты управляющих импульсов Г длительность импульсов Ц 5 увеличивается( О, ) ь, Фиг, 2),Ймпульсы напряжения Цпоступаютца первые входы логических элементовИ 10, на вторые входы которых поступают напряжения выходов блока 11 совпадения,Иа одном из выходов блока 11 совпадения в зависимости от состоянияраспределителя 1 импульсов и в зависимости от направления вращения двигателя Формируется сигнал единичногоуровня, поступающий на второй входсоответствующего элемента И 10, который в этом случае пропускает импульснапряжения Б на управляющий входвспомогательного ключевого элемента 5(например, транзистора). На фиг. 2приведены напряжения Ц , Б 1, Бна выходах логических элементов1И 10. Вспомогательный ключевой элемент 5 включен встречно-параллельнос соответствующим диодом 6, соединяющим обмотку отключаемой фазы 8 с конденсатором 9.1754 10 15 20 25 30 40 45 50 55 5В момент поступления очередногоимпульса управления (Фиг, 2, моментвремени ), происходит переключениефаз 8 двигателя, Энергия, запасеннаяв магнитном поле отключаемой фазы 8,поступает через соответствующий диод6 на конденсатор 9, Ток, протекающийв контуре, состоящем из фазной обмотки 3 и конденсатора 9, уменьшается(1 Ф , длительность времени С фиг,2),тогда как напряжение на конденсаторе9 растет. Характер Фронта спаданиятока в Фазе во многом зависит от величины активного сопротивления Фазыи может отличаться от Фронта, изображенного на Фиг, 2 (1 1). Приувеличении активного сопротивленияфазы фронт спадания тока может изменять наклон.По окончании длительности С, спадания тока 1 ф.г отключаемой фазы 3 инарастания напряжения на конденсаторе 9 через замкнутый вспомогательныйключевой элемент 5 осуществляетсяразряд конденсатора 9 (заряженногонапряжением, полярность которого указана на схеме фиг, 1) на отключаемуюфазу 3 двигателя, При этом ток 1 вотключаемой фазе 8 протекает в направлении, противопопожном направлениювключения источника питания 2 (1,длительность времени Г, фиг, 2). Засчет этого достигается уменыпение остаточного магнитного потока до нуля,соответственно уменьшается электромагнитная сила, препятствующая пеоемещению гибкого ротора в новое фиксированное положение,По истечении длительности импульса напряжения Б вспомогательный ключевой элемент 5 запирается. Ток послезапивания вспомогательного ключевогоэлемента 5 протекает через дополнительный диод 7 и конденсатор, входя-.щий в выходной емкостной фильтр источника 2 питания,При поступлении следующего импульса управления Г работа устройстваповтоояется.При увеличецгги частоты управляющихимпульсов Г (момент времени С,Фиг, 2) увеличивается длительностьразряда конденсатора 9 на отключаемуюфазу через вспомогательный ключевойэлемент 5 ( , фиг. 2),. Увеличение длительности разрядаконденсатора 9 на отключаемую фазу 8обусловлено тем что при увеличении частоты управляющих импульсов Г происходит расширение динамической петли гистерезиса, что влечет увеличениеостаточного магнитного потокаСледовательно, необходимо увеличивать величину тока для обеспечения уменыпения остаточного магнитного потока донуля. 1 роме того, при увеличении частоты управляющих г чпульсов Гдлительностьподключения фазы 3 двигателя к источнику 2 питания постоянного тока уменьшается и оказывается недостаточнойдля обеспечения нарастания величинытока (1, фиг. 2) до номинальногозначения (1,фиг. 2). Уменьшение значения тока Фазы приводит к снижениюэнергии, запасенной в магнитном полеФазы, вследствие чего снижается уровень напряжения на конденсаторе 9,Следовательно, необходимо увеличиватьдлительность его подключения к отключаемой фазе 3 для обеспечения необходимой для осуществления размагничивания величины тока.Закон изменения длительности им" пульса напряжения Ь, формируемого на выходе функционального преобраэователя 3, определяется эксперимен" тально,Таким образом, использование изобретения позволяет уменыпить силы,препятствующие перемещению гибкогоротора в новое Фиксированное положение, а так как при этом не требуетсяосуществлять отбор энергии от источника питания, то достигается повьппение КПД двигателя. Формула изобретения Устройство для управления шаговымдвигателем, преимущественно волновым,содержащее распределитель импульсов,источник питания, функциональный.преобразователь частота - длитель-ность, вход которого соединен с входом распределителя импульсов, и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себяосновной ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с выходомраспределителя импульсов, вспомогательный ключевой элемент и диод, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения НПД двигателя., в устройство введены блок совпадения, логические элементы И по числу фаз и1541754 Входы Выходы1111 11 1 2:3 4 В Н 11 12 13 14 02 конденсатор, а каждый канал усилитеЛя мощности снабжен дополнительнымдиодом, соединяющим точку соединенияисточника питания и основного ключевого элемента с точкой соединенияфазы с.основным ключевым элементом,которая через соединенные встречно 1 араллельно диод и вспомогательныйключевой элемент соединена с обклад 1 ой конденсатора, другая обкладкаКоторого соединена с общей точкой 1 1 О О 1 О О 1 1 О 1 О О О 1 1 1 О 1 О О 1 1 О 1 1 О О О 1 О 1 1 О О 1 О О 1 1 О 1 1 О О 1 О 1 соединения фазных обмоток двигателя и с источником питания, причем управляющие входы вспомогательных ключевих элементов .соединены с выходами логических элементов И, первые входы которых соединены с выходом функционального преобразователя, вторые входы - с выходами блока совпадения, входы которого соединены с выходами и с входами направления распределителя импульсов,О О О 1 ,1 О О О О 1 О О О О 1 О О О 1 О О О О 1 1 О. О О О1 О Оаказ 288 Тираж 443 НИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, одписн м при ГКНТ ССС по изо