Устройство для управления шаговым двигателем

(22) Заявлено 28.03.8 00 Н 0 присоединением заявки Гоеударстоееыи комнт.01.82. БюллетеньОпубликовано по делам изобретений и открытийДат бликования описания 05.02.8 Авторызобретени А.,Сух М. С. Зайдин, В. Н. Козыре, Рубц альное проектно-конст изковольтного аппараобъединения 1) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЬ ДВИГАТЕЛЕМИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с щаговыми двигателями, например, в системах числового программного управления металлорежущими станками, координатографами и т.д,Известны устройства для управления шаговым двигателем, содержащие распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, коммутирующий фазы шагового двигателя.Одни из такого рода устройств обеспечивают управление шаговым двигателем от одного источника питания без форсирования процессов нарастания тока в фазах или с форсированием путем повышения уровня напряжения источника питания и введения последовательно с фазой двигателя токоограничивающего резистора 1.Эти устройства просты, но либо работают в узком диапазоне частот (при отсутствии форсирования), либо имеют низкий КПД (при введении токоограничивающих резисторов),Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель им:ф с",укторское и технологическое строения Производственного Мосэлектроаппарат - .-" пульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого содержит первый ключевой элемент, подключенный входом к соответствующему выходу распределителя и связывающий общую шину питания источников напряжения высокого и низкого уровней с одной из клемм фазы двигателя, подключенной второй клеммой через разделительный диод к источнику питания низкого уровня и к источнику питания высокого уровня через второй ключевой элемент, соединенный входом с выходом формирователя длительности форсирования 2 . Недостатком такого устройства является зависимость тока в фазе двигателя при форсировании от колебаний напряжения источника питания высокого уровня. При импульсном форсировании процессов нарастания тока в фазе двигателя длительность импульсов форсирования выбирается постоянной. Колебания напряжения питания о(обычно для этих целеи используют нестабилизированные источники питания) приводят либо к превышению тока в фазах двигателя выше номинального (что увеличивает нагрев двигателя), либо к снижению его50 ниже номинального, что уменьшает нагрузочную способность двигателя.Применение же стабилизированного источника питания для шагового двигателя усложняет устройство для его управления.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение нагрузочной способности двигателя.Поставленная цель достигается тем, что формирователь длительности импульса форсирования снабжен элементом И, пороговым элементом, ограничителем и интегр;.,- руюшей цепью из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенной последним к общей шине источников питания, резистором - к источнику питания высокого уровня, а общей точкой соединения резистора и конденсатора - к ограничителю и входу порогового элемента, связанного выходом с одним входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу распределителя соответствуюшего канала, а выход - ко входу второго ключевого элемента.Кроме того, введен инвертор и третий ключевой элемент, подключенный параллельно конденсатору интегрирующей цепи и соединенный своим входом с выходом распределителя соответствующего канала через инвертор.В устройство введен диод, связывающий общую точку соединения конденсатора и резистора интегрирующей цепи с общей точкой соединения первого ключевого элемента и клеммы фазы двигателя смежного, работаюшего в противофазе, канала усилителя мощности, и введена шина выбора диапазона рабочих частот, к которой подключены третьи входы элементов И всех каналов.Такое выполнение устройства обеспечивает автоматическое изменение длительности импульса форсирования при изменении напряжения питания высокого уровня, что приводит к стабилизации максимального значения тока в фазах двигателя, а следовательно, позволяет полностью использовать нагрузочные свойства двигателя без перегрева его обмоток. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу отдельных элементов устройства.Устройство (фиг. 1) содержит распределитель 1 импульсов, имеющий два входа В (условное направление движения Вперед) и Н (условное направление движения Назад), на которые от программного устройства (не показано) поступают поочередно импульсы управления 1 . Выходы распределителя 1 импульсов подключены ко входам многоканального усилителя мощности, каждый канал которого включает в себя первый ключевой элемент 2 (например транзистор), второй ключевой элемент 3 (например транзистор), фазу 4 двигателя, раз 5 1 О 15 2 о н зо 35 4 о делительные диоды 5.и 6, связывающие фазу 4 с источниками постоянного тока низкого 11 н и высокого Ьв уровней соответственно.Каждый канал усилителя мошности снабжен формирователем длительности импульса форсирования, образованным элементом И 7, пороговым элементом 8, интегрируюшей цепью из резистора 9 и конденсатора 1 О, разрядной цепью из диода 11, резистора 12 и ограничителя 13 (например стабилитрона) . В зависимости от варианта выполнения формирователя он может содержать третий ключевой элемент 14, вход которого связан через инвертор 15 с соответствующим выходом распределителя 1 (входом первого ключевого элемента 2), или диод 16, связывающий общую точку соединения конденсатора 10 и резистора 9 с обшей точкой соединения первого ключевого элемента 2 и фазы 4, работающего в противофазе смежного канала (связи показаны на чертеже пунктиром), Такое выполнение формирователя, упрощающее его схему, возможно лишь при симметричной коммутации фаз (например, для четырехтактной коммутации 4-х фазного двигателя, 6-ти тактной коммутации 6-ти фазного двигателя и т.д.). Для обеспечения плавности движения в области низких частот и повышения КПД привода отключают источник повышенного напряжения 11 в. С этой целью в устройство введена шина 17 выбора диапазона рабочих частот.Сущность изобретения не изменяется, если, например, не каждый канал усилителя мошности содержит формирователь длительности импульса форсирования. Допустима работа одного формирователя на два и более каналов, в том числе и одного формирователя на все каналы усилителя мошности.Устройство работает следующим образом.Распределитель 1 импульсов вырабатывает на каждом из своих выходов систему сдвинутых по фазе прямоугольных импульсов напряжения (на фиг. 2 показаны сигналы 111; 11 на двух работаюгцих в противофазе выходах распределителя 1) . Сигнал 1.1 -- 111, т,е. его получают как с соответствующего выхода распределителя (при симметричной коммутации), так и с выхода инвертора 15, подключенного к выходу 111 распределителя 1. Кроме того, этот сигнал соответствует и сигналу на выходе ключа 2, подключенному к выходу 1.)2 распределителя. Сигнал 1.1 обеспечивает запирание ключевого элемента 14 и включение, тем самым, интегрирующей цепи 9 - 1 О. Напряжение Ь (фиг. 2) на конденсаторе 1 О при запирании ключевого элемента 14 меняется по закону, близкому к л и ней ному.кого уровня через второй ключевой элемент, соединенный входом с выходом формирователя длительности импульса форсирования, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения нагрузочной способности двигателя, формирователь длительности импульса форсирования снабжен элементом И, пороговым элементом, ограничителем и интегрирующей цепью из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенной последним к общей шине источников питания, резистором - к источнику питания высокого уровня, а общей точкой соединения резистора и конденсатора - к о. раничителю и входу порогового элемента, связанного выходом с одним входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу распределителя соответствующего канала, а выход - ко входу второго ключевого элемента. 2. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что введен инвертор и третий ключевой элемент, подключенный параллельно конденсатору интегрирующей цепи и соединенный своим входом с выходом распределителя соответствующего канала через инвертор.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введен диод, связывающий общую точку соединения конденсатора и резистора интегрирующей цепи с общей точкой соединения первого ключевого элемента и клеммы фазы двигателя смежного канала усилителя мощности.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введена шина выбора диапазона рабочих частот, к которой подключены третьи входы элементов И всех каналов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Дискретный электропривод с щаговыми двигателями. Под ред. М. Г, Чиликина. М., Энергия, 1971, с. 226 - 244.2, Луценко В, Е. и др. Электропривод с шаговыми двигателями. Электропривод и автоматизация промышленных установок, Сборник. М., 1978, т, 6, с. 58 - 61.