Устройство для управления шаговым двигателем

(51 2 Р 8 00 ОСУДАРС О ИЗОБР РИ ГКНТ ВЕННЫЙ КОМИТЕТЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯСССР БРЕТЕНИ СКОМУ СВИ ЕЛЬСТВ ОПИСАН И(71) Специальное проектно-технологическое бюро с опытным производствомМинского радиотехнического института(56) Луценко В.Е. и др. Электропривод с шаговыми двигателями: Электропривод и автоматизация промьпппенныхустановок. Сборник. М., 1978, т, 6,с. 58-61. Авторское свидетельство СССР 2191, кл, И 02 Р 8/00, 1982(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫ 1 ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов системах автоматического управленияс шаговыми двигателями, например, приизготовлении микросхем. Цель изобретения - повышение КПД устройствапри повышении нагрузочной способности двигателя. Устройство для управле"ния шаговым двигателем содержит распределитель 1 импульсов и многока-;нальный усилитель мощности со схемойуправления, включающей интегратор 7,компаратор 10, триггер 11, стабилизаторы 24 тока, транзисторный инвертор 35 и источник напряжения высокого уровня. 2 ил.Изобретение относится к управлениюэлектрическими машинами и может бытьиспользовано в дискретном электроприводе.1(ель изобретения - повышение КПДи помехозащищенности.На Аиг. 1 приведена Аункциональная схема устройства; на Лиг, 2диаграммы работы устройства.Устройство (Аиг. 1) содержит распределитель 1 импульсов, имеющийвходы В (условное направление движения Вперед) и Н (условное направлениедвижения Назад), на которые от программного устройства (не показано) поступают поочередно импульсы управ-:ления. Выходы распределителя импульсов подключены к входам многоканального усилителя мощности, каждый канал 2 Окоторого включает в себя первый ключевой элемент 2, второй ключевой элемент 3 соединенные с абазой 4 двигателя, разделительные диоды 5 и 6,Каждый канал усилителя мощности снабжен Аормирователем длительности импульса форсирования, включающим в себя интегратор 7 с резисторами 8 и 9на входе, выход которого соединенс компаратором 10, выход которого со Оединен с К-входом триггера 11, выход которого соединен с первым входомэлемента И 12, второй вход которогосоединен с шиной 13 выбора диапазонарабочих частот, а выход элемента И 1235соединен с управпяющим входом управляемого ключа 14 и входом ключевого. элемента 3, причем управляемый ключ14 включен между шиной питания высокого уровня и резистором 8, второч 40конец резистора 9 через управляемый" ключ 15 соединен с регулятором 16опорного напряжения, причем синхровход С триггера 11 соединен с входом ключевого элемента 2, входом элемента И-НЕ 17, выход которого соединен с входом одновибратора 18 и первым входом элемента И 19, выход которого соединен с управляющим входомуправляемого ключа 15, причем выхододновибратора 18 соединен с входомэлемента И-ПГ 20 и с управляющим входом управляемого ключа 21, подключенного параллельно конденсатору 22 интегратора 7, выход элемента И-НГ 2055соединен с вторым входом элемента И 19,Источник 23 питания, обеспечивающий питание ключевых элементов 3 и 2,состоит из и стабилизаторов 24 тока,содержащих последовательно соединенйые последовательный резонансный 1.Сконтур 25 выход которого соединенс первичной обмоткой трансформатора26, вторичная обмотка которого соединена с последовательно соединеннымвыпрямителем 27 и фильтром 28, асредняя точка последовательно соединенных конденсаторов 29 и 30 соединена через индуктивность 31 со среднейточкоч последовательно соединенныхдиодов 32 и 33, причем анод диода 33и катод диода 32 соединены с отрицательной и положительной нинами силового выпрямителя и фильтра 34 транзисторного инвертора 35, управляющиевходы которого соединены с выходоммодулятора 36, причем выход транзисторного инвертора 35 соединен со входами и последовательных резонансныхконтуров 25 и первичной обмоткойтрансформатора 37 канала источника38 напряжения высокого уровня, вторичная обмотка которого соединена споследовательно соединенными выпрями"телем 39 и фильтром 40,Устройство работает следующим образом.Распределитель 1 импульсов вырабатывает на каждом из своих выходовсистему сдвинутых по йазе прямоугольных импульсов напряжения. Этот сигнал поступает на вход ключа 2, синхровход С триггера 11 и вход элементаИ-НЕ 17. При этом происходит замыкание ключевых элементов 2 и 3, что приводит к подаче на Лазу 4 напряжениявысокого уровня от источника 38 напряжения, вызывающего Форсированноенарастание тока д . 11 ри этом такжепроисходит замыкание управляемого клю"ча 14 и происходит разряд конденсатора 22 интегратора 7, который бып предварительно заряжен от источника опорного напряжения через регулятор 16,управляемьп ключ 15 и резистор 9.Заряд конденсатора 22 происходит вмомент времени Т когда включаетсяуправляемый ключ 15 сигналом с выхода элемента И 19, На вход элемента И19 поступает с выходя элемента И-НЕ17 и проинвертированный элементомИ-НЕ 20 сигнал с выхода одновибратора 18. В момент временипосле прихода импульса на вход С триггер 11включается, импульс с его выхода поступает на вход элемента И 12, а с5 15 его выхода на вход ключевого элемента 3 и управляемого ключа 14. При этом происходит разряд конденсатора 22 (интервал й-) током, ограниченным резистором Я. При окончании раз-этом сравнивается площадь Я, импульса, обеспечивающего заряд конденсатора 22 интегратора 7 и площадь импульса с выхода управляемого ключа 14(фиг. 23)р т,е, Б,=КБ, Где К - постоянный коэффициент, равный соотношению резисторов 8 и 9. В этом случае сравнение сигналов на всем промежуткевремени действия импульса, которыйпоступает в фазу двигателя. Заряд конденсатора 22 интегратора 7 от опорного напряжения обеспечивает минимальную ошибку и высокую помехоустойчивость, так как импульсная помехасглаживается конденсатором интегратора. В предлагаемом устройстве площадь 999 б 7 6те вращения двигателя будет иметьместо большое потребление тока Фазой,Такой режим часто встречается в технолбгических опера:чях при перемещенииподложки в вакуумных камерах при изготовлении микросхем. В этом случае,кроме снижения надежности работы устройства (выход из строя источника питанья Бц из-за перегрузки по току),будет иметь место снижение К 11 Д уст-ройства из-за перегрева двигателя, дополнительных потерь в источнике питания,,Чтобы не было перегрузки по токуи был высокий КЩ в качестве источника 0 используется стабилизатор тока.В этом случае вегичина тока будет поддерживаться постоянной во всей рабо 20 чей области частот (низкие и сверхнизкие).Стабилизатор 24 тока состоит изпоследовательного резонансного ЬСконтура 25, к выходу которого подклю 25 чен трансформатор 26, вторичная обмотка которого соединена с .последовательно соединенными выпрямителем 27и Фильтром 28. При подаче на вход последовательного резонансного ЬС-кон 30 тура последовательности прямоугольныхимпульсов на выходе контура будет напряжение синусоидальной Формы (перваягармоника последовательности прямоугольных импульсов), Последовательный35 резонансный ЬС-контур позволяет стабилизировать ток в нагрузке, подключенный к его выходу. Известно, что ве.личина выходного напряжения последовательного резонансного ЬС-контураболее помехозащищенная и обеспечивает О равна(1)где О - добротность контура;8 Цх45 и П вх выходное и входное напряжения.Добротность контура зависит от величины потерь в контуре и его характеристического сопротивления при ре-,ную чувствительность к импульсной помехе, которая, как правило, по времени намного меньше времени заряда.В случае, когда на шину 13 будет подан уровень логического нуля, ключ 14 не включится и конденсатор интегратора разрядится через ключ 21 по сигналу с выхода одновибратора О 1 пунк- тир), При низкой и сверхнизкой частогде г - сопротивление, последовательно включенное в контур. Величина его равна 5 где Й н - сопротивление нагрузки.; Учитывая все выражения, можно записать(2)вюх в"Разделив правую и левую часть наполучим:БВик ОмМ (3)К,Видно, что ток нагрузки будет постоянным, если П =сопя. и у =сопвС. Эти величины будут постоянными при постоянной частоте ш транзисторного преобразователя и постоянной первой гармонике выходного напряжения преобразователя, что обеспечивается соот.- г ветствующими методами управления с помощью модулятора 36, Модулятор имеет постоянную тактовую частоту и обратную связь по напряжению для стабилизации первой гармоники выходного напряжения, 20Таким образом осуществляется стабилизация тока в цепи нагрузки последовательного резонансного ЬС-контура и тем самым в цепи ключевого элемента 2 и фазы двигателя при ниэ ком уровне питания. В этом. случае потери минимальны, так как ток в цепи постоянный и равный требуемому для данного двигателя. Для обеспечения защиты транзисторного преобразователя 30 от перегрузки точка соединения двух конденсаторов 29 и 30 последовательного резонансного контура через индуктивность 31 соединена с точкой соединения согласно последовательно соединенных диодов 32 и 33. Катод диода 32 соединен с отрицательной шиной питания транзисторного преобразователя, а анод диода соединен с положительной шиной питания транзисторно- А 0го преобразователя. В этом случае при достижении критической амплитуды на выходе резонансного ЬС-контура открЫ- ваются диоды 32 и 33, При этом потребление энергии от силового блока 34 питания резко сокращается она расходуется только на восполнение потерь в преобразователе и в контуре. Для увеличения амплитуды напряжения огра.- ничения можно увеличить число кондея сатаров в контуре (например, до четырех, шести и т.д,) при сохранении неизменной общей емкости конденсато";- ра, а индуктивность подключать к одному или к двум последовательным конденсаторам. При этом амплитуда на вы ходе контура может быть увеличена в 2,3,4 и т.д, раз до момента срабатывания диодов 32 и 33 и соответственно увеличивается диапазон стабилизации выходного тока при работе двигателя в области низких и сверхнизких частот.Формула изобретенияУстройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого содержит первый ключевой элемент, подключенный входом к соответствующему выходу распределителя и связывающий общую шину источника питания высокого и низкого уровней с одним выводом Фазы двигателя, подключенной вторым выводом к катоду разделительного диода и к шине питания высокого уровня через второй ключевой элемент, со" единенный входом с выходом первого элемента И Формирователя длительнос" ти импульса Форсирования, причем первый .вход первого элемента И соединен с шиной выбора диапазона рабочих частот, а первый элемент И-НЕ входом соединен с входом первого ключевого элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД и помехозащищенности, формирователь дли; тельности импульса форсирования снабжен интегратором с двумя резисторами на входе, регулятором уровня опорного ,напряжения, компаратором, триггером, вторым элементом И-НЕ, вторым элементом И, одновибратаром, тремя управляемыми ключами, а источник питания включает в себя моду.-ятор, транзисторный инвертор, трансформатор, выпря,митель, с 3 ильтр и стабилизаторы тока по числу каналов усилителя мощности, каждый из стабилизаторов тока состоит из последовательно соединенных последовательного резонансного контура, трансформатора, выпрямителя и Фильтра, причем инвертирующий вход интеграто" ра через первый резистор соединен с выходом первого управляемого ключа, вход которого соединен с регулятором уровня опорного напряжения, а через второй резистор - с выходом второго управляемого ключа, вход которого соединен с шиной питания высокого ,уровня, третий управляемый ключ включен параллельно конденсатору интегратора, выход интегратора соединен с неинвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с К-входом9, 15999 триггера выход которого соединен с, вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго управляемого клю ча, синхровход триггера соединен с5 выходом распределителя импульсов и входом первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом одновибратора и первым входом второго элемента И, выход одновибратора соединен с входом второго элемента И-НЕ и управ" ляющим входом третьего управляемого ключа, а выход второго элемента И"НЕ соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с 67 1 Оуправляющим входом первого управляе" мого ключа, выход каждого стабилиза- тора тока соединен с шиной низкого уровня канала, которая соединена с анодом разделительного диода, к выходу транзисторного инвертора подключены входы всех стабилизаторов тока и последовательно соединенные трансформатор, выпрямитель и фильтр, выход которого подключен к шине высокого уровня, модулятор соединен выходом с управляющИми входами транзисторного инвертора, а входом - с выходом транзисторного инвертора.