Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1984 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к электр технике, а именно к управлению шаговыми электродвигателями, и может быть использовано в систе мах управления металлообрабатываю щих станков, координатографов, установок для выращивания монокри таллов и др. Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульс;ов, с диненный выходами с управляющими входами ключей многоканального ус лителя мощности вспомогательный кпуп, соединяющий общую точку, фаз двигателя с тиной источника питания высокого уровня. Концы I фаз двигателя свйзаны с этой же шиной источника питания через раз делительные диоды l . Недостаток указанного устройст ва - Повышенная сложность схёмл, обусловленная необходимостью введ ния специальногю инвертора, обесп чивающего рекуперацию энергии/ вы выделяющейся при отключении фаз, в источник питания. Наиболее близким кпредлагаемо по техническрй сущности и достигае мому pe3yjjbTaTy является устройств для управления шаговым двигателем содержащее распределитель импульсов, соединенный выходами с управляющими входами ключей многоканаль ного усилителя мощности, связывающих фазы двигателя с общей шиной источников питания постоянного ток высокого и низкого уровней. Фазы двигателя подключены также черёй разрядные диоды к одной пластине разряднЪго конденсатора/ соединенн го второй пластиной с общей точкой фаз двигателя, которая, кро ме того, соединена через разделительный диод с шиной источника / высокого уровня, а через вспомогательный ключ - с шиной источника высокогу уровня, причём энергия выделяемая при отключении фаз двигателя, передается в конденсатор, а рассеивается в резисторе разрядной цепи 2 . Недостатком известного устройства является низкий КПД, что обусловленный потерями энергий, вы деляемой при отключении фаз двигателя. Это в свою очередь приводит к необходимости увеличения габаритов блока управление. Цель изобретения - повышение КПД. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов,, соединенный выходами с управпяю(цИми входами ключей многоканального усилителя мощности, связывающих с общей шиной источников питания постоянного тока высокого и низкого уровней фазы двигателя, подключенные через разрядные диоды к одной пластине разрядного конденсатора, соединенного другой пластиной с общей точкой фаз двигателя, подключенной через разделительный диод к источнику низкого уровня, а через вспомогательный ключ - к источнику высокого уровня, введены последовательно соединенные дроссель и включенный встречно напряжению источника высокого уровия дополнительный диод, связывающие обвду.ю точку соединения пластины разрядного конденсатора и разрядных диодов с источником высокого уровня. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства применительно к четырехфазному шаговому двигателю} на фиг. 2 - временные диаrpcUKtMd, пояснякяцие работу устройства. Устройруво содержит раздели- . тель 1- импульсов, .выходы которого подключены к управляюищм входам ключей 2 многоканального усилители, мощности. Каждый канал усилителя мощности содержит о(;новной ключевой элемент 2, соединяющий фазу 3 двигателя с источником питания низкого уровня.U2 .через разрядный диод 5 с одной пластиной общего для всех каналов разрядного конденсатора б Эта же пластина конденсатора б через диод 7 и дроссель И связана с источником высокого уровня и . вторая пластина конденсатора б подключена к общей точке фаз 3 двигателя, которая в свою очередь соединена- с источником высокого уровня Ui, .через.вспомогательный ключ 9. Управляющий вход ключа 9 связанчерез однЬвибратор 10 с тактовым входом рарпределителй 1 импульсов. Тактовый вход Т и входы выбсад а направления движения В и Н распределителя импульсов 1 являются управляющими входами устройства и. подключены к задающему устройству, (не показаны). Устройство работает следукяцим образом. Распределитель 1 импульсов по сигналам задающего устройства (1,„tfa фиг. 2),поступающим на вход Т , обеспечивает коммутацию основных ключей усилителя мощности в последовательности, обусловленной выбранным способом управления шаговым двигателем. Порядок коммутации ключей усилителя мощности, определяющий направление вращения-двигателя, зависит от сигиалсв, поданных на входа В (вперед) и н (назад) распределителя 1 импульсов.

Предположим, что в рассматривавмлй момент времени отключается одна из ранее включенных фаз 3 двигателя и запирается соответствующий ключ 2. При этом ток 1 (фиг.2), протекающий в фазе, протекает по цепи: фаза 3, диод 5, конденсатор 6 общая точка фаз 3, обеспечивая заряд конденсатора 6, напряжение на которо (полярность указана на фиг. 1) изменяется в соответствии с диа11}аммел DC (фиг12). В зависимости от величины напряжения Uf на конденсэ торе б в конце периода заряда возможны два режима работы схем:. При U(i с Uf конденсатор б остается заряженным до момента включения , следующей фазы 3 двигателя. Если Jc и , to конденсатор б разряжается по цепи: диод 7/ дроссель В, источник } f диод 4, отдавая накопленную энергию в источник питания. ..

Очередной импульс управления fu, поступающий на вход Т распределя теля li импульсов, переключает пойпел НИИ на такт, обеспечивая включение ключа 2. Одновременно импульс управления через одновибратор 10 включает вспомогательный ключ 9 на время форсирования td ( на фиг. 2), величина зависит от постоянной времени фазы 3 и напряжения U|. При этом к включенной фазе 3 прикладывается повышенное нгтряжение U, (фиг.2), обеспечивающее ускоренное нарастание тока i в фазе. Использо-вание одновибратора 10.для управления (Вспомогательным ключом 9 обеспечивает форсирование нарастания тока в фазе в функции времени (обычно t « const).

. Включение вспомогательного ключа 9 помимо форсирования процесса

нарастания тока обеспечивает и рекуперацию энергии, накопленной конденсатором 6 в источник питания. Это достигаете введением диода 7 и дросселя В, связывающих один электрод конденсатора 6 с источником питания и. При.включении ключа 9 образуется цепь разряда коя нсатора б, включаю1цг1й диод 7, дро сель 8, КЛЮ1Ч 9. Ток разряда ip (фиг.2) возрастает, достигая максинума в конце импульса форсирования (t 1ф). На этом интервале обеспечивается передача энергии от конденсатора б к дросселю 8. После эапирания ключа 9 цепь разряда на- ««ёняется и энергия, накопленная в дросселе 8, передается в источник {i (интервал спадания тока разряда 1р нафиг.2.При этом уменьшаются . нгшряжение Uc на конденсатсфе б и ток разряда 1| (фиг. 2). Диод 7 препятствует заряду конденсато{ а б от источника Ui. Подбором индуктивности дросселя в и емкости конденсатора б можно обеспечить требуе.мое значение.напряжения в цепи рекуперации. ,

Введение дросселя 8 и диода 7 позволяет рекуперировать энергию, выделяемую при отключении фаз двигателя, без использования дополнительных сложных инверторных схем. Предлагаемая схема рекуперации энергии может быть применена при любом способе коммутации фаз двигателя, как при поочередной, так и при попарном фаз.

IaKHM образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно уменьшить потерн в блоке управления двигателем и улучшить массогабаритные показатели устройства.

;fu i I I ill I I I i . J

ПППППППЛПГ

u PnГЧ ,.

-t flYlYlYlYmrTYl ,f / ААУ ЛУ / ЛУЧ/У ,t . /Ч /Ч /Ч

Ф(/г7

. о

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распределитель импульсов, соединенный выходами с управляющими входами клк)Чей многоканального усилителя мощности, свяэываюших с общей ШИНОЙ источников питания постоянного тока высокого и низкого уровней фазы двигателя, подключенные через разрядные диоды к одной пластине разрядного конденсатора, соединенного другой пластиной с общей точкой фаз двигателя, подключенной через разделительный диод к источнику низкого уровня, а через вспомогательный ключ - к источнику высокого уровня, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД, в него введены последовательно соединенные дроссель и включеннЕШ встреч но Напряжению источника высокого§ уровня дополнительный диод, связы(Л вающие общую точку соединения пластины разрядного конденсатора и разрядных диодов с источником высокого уровня. QD со со 4