Устройство для управления многофазным шаговым электродвигателем Советский патент 1983 года по МПК H02P8/12 

Изобретение относится к элвктротех-« нике и может быть использовано в схе мах питания алиннахоцовых линейных электромагнитных авигателей, шаровых/ I двигателей, поочередно включаемых электромашитных механизмов и ар. Известно устройство аля управления электромеханическим преобразователем, например шаговым электродвигателем поочеренно включаемыми обмотками, содержащее источник постоянного тока, связанный через разцелительные аноды и многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвигателя, и форсирующие цепи, включакхцие в себ$г конденсаторы, диоды и тиряюторы С 13 Недостатком этого устройства явля- ется сложность, связанная с тем. что для обеспечения форсирования переходных, процессов к каждой из обмоток подключены два диода, два тиристора и конденсатор. . Известно также устройство для управления электромеханическим преобразователем, например шаговым двигателем, содержащее источник постоянного тока, регулятор напряжения, VM-канальный усилитель моцщости и разрядные цепи из диодов, тиристоров и койденсаторов, образующие две группы С 2} . Недостатком этого устройства являет ся сложность схемы, обусловленная тем, что для обеспечения форсирования пере« ходных процессов к каждой из обмоток, подключены два циода и два тиристора, Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к пред , лагаемому является устройство для управления многофазным шаговым электродвигателем, содержащее источник посто- янного напряжения, связанный через мно гоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвигателя и две группы форсирукииих цепей, подключенных соответственно к нечётным и четным, каналам усилителя мощности и состоящих из диоцов, тиристоров и конденсаторов з. Недостатком указанного устройства является ограниченный диапазон рабочих частот, что связано с уменыыением ампл туды формирующих импульсов, о ростом частоты управления. Цель изобретения расширение диапазона рабочих частот устройства и двигателя. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содера сащее источник 4101 постоянного напряжения, связанный через многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвигателя, распределитель импульсов, делитель частоты, блок программногс управления, форсирующие цепи, состоящие из конденсаторов, диодов и тиристоров и образующие две группы, подключенные соответственно к нечетным каналам усилителя мощности, снабжено дросселем, тремя ключами, триггером, блоком сравнения частоты, элементом И, одновибратором и конденсатором, подсое- циненным к щинам источника питания, вход одновибратора подключен к входу делителя частоты и выходу блока программного управления, вьисод одновибратора - к первому аходу элемента И, соединенному вторым входом с выходом блока сравнения частоты, подключенного входом к выходу делителя частоты и входу распределителя импульсов, причем выход элемента И подсоединен к управляющему входу первого ключа, связывающего дроссель, соединенный опним зажимом с одной шиной источника питания, с другой щиной источника питания, а два других ключа подсоединены управлякшими входами к выходам триггера, подключенного счетным входом к выходу делителя частоты, каждый из двух последних ключей одним силовым выводом подключен к зажиму дросселя и силрво-му выводу гюрвого ключа, а другим - к аноду тиристора одной из групп форсирующих цепей. Катод тиристора поцсоецинен к катоду разделительного диода соответствующей группы обмоток. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для упрбшления многофазным шаговым двигателем при оочередной коммутации фаз; на фиг. 2 ременные диаграммы сигналов. Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, распределитель 2 импульсов, усилитель 3 мощности, фазы (обмотки) двигателя нечетные 4 и четые 5 по последовательности включения, орсиру|снцие конаенсаторы 6 и 7 нечетых и четных групп по последовательноти включения обмоток, тиристоры 8 и 9 орсирующих цепей групп обмоток, коненсатор 10 и диоды 11 и, 12 цепей арйца форсирукнцих конценсаторов, разелительные диоды 13 и 14 групп обмоок, дроссель 15, управхшемые ключи 16 8, элемент И 19, блок 20 сравнения астот, состоящих из частотного компаратора 21 и генератора 22. импульсов порогсщой частоты, триггер 23 переключения ключевых элементов 17 и 18, одновибратор 24, целитель 25 частоты управ ляющих сигналов регулируемой частоты, блок 26 программного управления коммутацией обмоток двигателя. Устройство работает следующим обра- зом. Пусть в начальный момент поп; сдючена нечетная по последовательности включени обмотка 4. Одновременно с отключением нечетаой обмотки 4 блоком 26 программного уттравления через делитель 25. частоты; распределитель 2 .импульсов и усилитель 3 мощности осуществляется подключение четной обмоткй-;5. При отключении обмотки 4 в ней возникает самоиндукции, что приводит к зартду конденсатора 6 по цепи 4-11-6-1О-14- за счет энергии, накопленной в магнитно поле отключаемой обмотки, вследствие чего ток в этой обмотке быстро уменьшается. На;пряжение, до которого осуществляется заряд конденсатора, повышено по сравнению с напряжением источника питания. К включаемой обмотке 5 при- кладывается напряжение конденсатора 7. Повышейная величина напряжения конденсатора вызывает ускоренное нарастание тока во включаемой обмотке. Разрядный ток протекает по цепи 7-9-5-3причем конденсатор разряжается до напряжения, равного напряжению источника питания, послечего тиристор 9 аапирается и по обмотке протекает, ток от источника питания. . При отключении четной по последовательности включения обмотки и подключе нии нечетной процессы протекают аналогично. В этом случае заряд конденсатора осуществляется по цепи 5-12-7-1О-135, а форсирукщий ток в подключаемой о мотке протекает по цепи 6-8-4-3-6. С ростом частоты коммутации фаз двигателя начиная с некоторой частоты (пороговой) начинается снижение величины тока, проткеаемого в обмотке к моменту ее отключения, что приводит в итоге к уменьшению напряжения на фо{. сирующих конденсаторах и, как следстви уменыиению скорости нарастания тока п включении обмотки. Это означает, что -.максимальная частота привада ограничивается пороговой частотой. С целью расширения диапазона рабоч частот устройство снабжено дросселем 1 с помощью которого осуществляется под заряд форсирующих конденсаторов Б мо менты между коммутацией фаз цвигателя. На фиг. 2 приведены временные пиаг раммы работы устройства. Сигналы, обозначенные одним штрихом, роответ ствуют случаю, когда рабочая частот . Taipog меньше пороговой , а сипналы, обозначенные двумя штрихами, оог ответствуют случаю, когда - pop 7 тюр. Подзаряд конденсаторов дросселем 15 осуществляется следующим образом. В блоке 20 сравнения частог генера- тор 22 пороговой частоты вырабатывает сигналы, частота которых с помощью частотного компаратора 21 сравнивает ся с частотой управляющих сигналов, подаваемых на распределитель 2 импупь-, сов. При ЕроБ пор выходе компаратора 21 будет сигнал логического нуля, а при раб itiop логической единицы. При наличии на выходе блока 2О сравнения частоты логического нуля (,0 21 на фиг. 2 ) на выходе элемента И 19 также цет поги-ческий нуль 19) и ключ 16 закрыт, т.е. подзаряд дросселем. 15 фиксирующих конденсаторов не осуществляется. При наличии на выходе блока 2р логической единицы (и 21) на одном из входов4 элемента И 19 есть разрешение на про- хождение сигналов по второму входу от одновибратора 24 (U 24). Срабатывание одновибратора 24 происходит по переднему фронту управляющих импульсов, а делитель 25 частоты и . триггер 23 срабатывают по заднему фронту, что позволяет осуществить фазовый сдвиг между моментами коммутации ключа 16, обмоток 4 и 5 двигателя 5 и переключением триггером 17 и 18. В начальный момент времени, когда вклк чена одна из обмоток двигателя 4, а все остальные обесточены, триггер 23 устанавливается в положение, при котором , а . В этом случае ключ 17 закрыт, а ключ 18 открыт и производится подзаряд конденсатора 7 от дросселя по цепи 15-18-7-1О-15 с частотой сигнала ц 19. При следующем сигнале U 2 5 на коммутацию обмоток включается одна из обмоток 5 и ключ 17 и происходит разряд конденсатора 7 по цепи 7-9-5-3-7. Одновременно с этим процессом отключается обмотка 4 и зеепирается ключ 18, а также осуществляет ся заряд конденсатора 6 за счет энергии, накопленной в магнитном поле обмот. ки 4 к моменту ее отключения, пЬ цепи 4-6-1О-14-4 и за счет магнитной

энергии дросселя по цепи 15-17-6-1015.

Предлагаемое устройство может рабо тоть и при парной или смешанной комму тации фаз пвнгателя. Однако в этом случае процессы передачи энергии из отключаемой обмотки в конденсатор и из кташенсатора во включаемую обмотку йе разделены во времени, что приводит к

снижению КПД устройства. Для ocymeci вления разделения во времени процессов форсирования в отключаемой и включаемо обмотках поочередно включаемые обмотки объединяются в группы, причем каждая из этих групп снабжена усилителем мощности и двумя группами форсирующих цепей, соединение которых с обмот ками выполнено таким образом, как в предлагаемом устройстве (фиг. 1).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее источник постоянного напряжения, связанный через многоканальный усилитель мощности с зажимами обмоток электродвигателя, распределитель импульсов, делитель частоты, блок программного управления и форсирующие цепи, состояпцие из конденсаторов, диодов и тиристоров и образующие две группы, г дключенньЛ соответственно к нечетным и четным каналам усилителя мощности, отличающееся тем, что, с целью расщирения диапазона рабочих частот, оно снабжено дросселем, тремя ключами, триггером, блоком сравнения частоты, элементом И, одновибратором и конденсатором, п(соединенным к шинам источника питания, вход ооновибротора к входу делителя частоты н Bbixo ду блока программного управления, выход одновибратора - к первому входу элемента И, соединенному вторым входом с выходом блока сравнения частоты, подключенного входом к выходу делителя частоты и входу распределителя импульсов, причем выход элемента И подсоеди. нен к управляющему входу первого клю ча, связывающего дроссель, соединенный одним зажимом с одной шиной источни(П ка, с другой щиной источника питания, а два других ключа подсоединены управляющими входами к выходам триггера, подключенного счетным входом к выходу делителя частоты, каждый из двух последних одним силовым выводом подключен к зажиму дросселя и силово- му выводу первого ключа, а другим к аноду тиристора одной из групп форсирующих цепей, соединенному катодом разсо делительного диода соответствующей группы обмоток.