Устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем с парной коммутацией Советский патент 1985 года по МПК H02P8/12 

1 1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, и может быть использовано, например, в дискретных системах управления различными технологическими установками.

Известно устройство для управления шаговьм двигателем, содержащее распределитель импульсов, соединенный выходами с управляющш.1И входами ключей многоканального усилителя меяцности,

В указанном устройстве введен вспомогательный ключ, соединяющий общую точку фаз двигателя с шиной источника питания высокого уровня. Концы фаз двигателя связаны с этой . же щиной источника питания через разделительные диоды (1 3.

Недостатком указанного устройства является повьшенная сложность схемы,обусловленная необходимостью введения специального инвертора, обеспечивакнцего рекуперацию энергии, выделяющейся при отключении фаз, в источник питания.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем с парной коммутацией, содержащее ключи усилителя мощности, связывающие через диод-фазы двигателя, соединенные в четырехлучевую звезду, с источником постоянного тока низкого уровня, форсирукщий ключ, связывакиций нулевую точку фаз двигателя с источником постоянного тока высокого уровня, распределитель импульсов и одновибратор, подключенный входом к входу распределителя импульсов (2 j.

Недостатком данного устройства является низкий КГЩ, что обусловлено потерями энергий, выделяемой при отключении фаз двигателя и завышенная установленная мощность ключевых элементов усилителя мощности.

Цель изобретения - повышение КПД и уменьшение установленной мощности ключевых элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления четырехфазныи шаговым двигателем с парной ко1« утаиией, содержащее ключи усилителя мощности, связывакщие чере диод фазы двигателя, соединенные в четырехлучевую звезду, с источником постоянного тока низкого уровня, форсирующий ключ, связьшанщий нулевую

72

точку фаз двигателя с источником постоянного тока высокого уровня, распределитель импульсов и одновибратор, подключенный входом к входу

распределителя импульсов, введены восемь элементов И, четыре элемента И-НЕ и дополнительный одновибратор, подключенный входом к выходу основного одновибратора, а выходом к входу форсирзпощего ключа и первым входам элементов И-НЕ, соединенных вторыми входами с выходами первой группы из четырех элементов И, входы каждого из которых подключены к двум

смежньм выходам распределителя импульсов, подключенного всеми своими выходами к первым входам второй группы из четырех элементов И, соединенных своими вторьми входами с

выходами элементов И-НЕ, а выходами - с входами ключей усилителя мощности.

На г-. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов на основных элементах схемы.

Устройство (фиг. 1) содержит реверсивный распределитель импульсов 1 с входами управления fy и выбора направления движения В и Н, первую группу из четырех элементов И 2, группу элементов И-НЕ 3, вторую группу элементов И 4, ключи 5 усилителя мощности, форсирующий ключ 6, фазы 7

двигателя, диоды рекуперации 8, разделительный диод 9, первый 10 и второй 11 одновибраторы.

Выходы распределителя импульсов 1 подключены к входам первой группы

элементов И 2, соединенных выходами с вторьми входами элементов И-НЕ 3, первые входы которых подключены к выходу второго одновибратора 11, соединенного также с входом форсирующего ключа 6. Выходы распределителя i соединены также с первыми входами второй группы элементов И 4, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих элементов И-НЕ 3.

Выходы второй группы элементов И А подключены к входам ключей 5 усилителя мощности, связывающих фазы 7

двигателя с источником питания U

П1

низкого уровня через разделительный 55 диод 9 и с источником питания высокого уровня через форсирующий ключ 6, Кроме того, фазы 7 двигателя соединены с источником питания через диоды 8 рекуперации. Вход управлени) f распределителя импульсов соединен с входом первого одновибратора 10, подключенного выходом к входу второго одновибратора 11. Устройство работает следующим образом. При подаче импульсов fy на вход управления распределителя импульсов 1 на его выходах вырабатывается четырехканальная система прямоугольных импульсов и, Uj, Uj, и 4 (фиг.2) Очередность появления импульсов Ц и4 определяется сигналами на входах выбора направления движения В и Н. Если на вход В подан сигнал единичного уровня, а на вход Н - нулевого то распределитель импульсов 1 обеспечивает прямую последовательность УЭ-УЗ , выходных сигналов U , U, -U , , , u,Последовательность си налов и,,, Ui-U4, Uj-Ui, U2.-U2, и.,.. вырабатывается на выходах распредели теля 1 при подаче на вход Н сигнала единичного уровня, а на вход В - ну левого (правая часть диаграммы на фиг. 2). На выходах элементов И 2 вырабатываются сигналы U. (фиг. 2), длительность которых равна одному такту коммутации. Эти сигналы поступают на вторые входы элементов И-НЕ 3. На первые входы этих элементов поступает импульс и,(фиг.2 с одновибратора 11. Этот импульс сдвинут относительно переднего фронта импульса управления на время t, определяемое длительностью импульса Uo/фиг. 2), вырабатываемого одновибратором 10. Сигналы с выходов рас пределителя импульсов 1 и элементов И-НЕ 3 поступают через элемент И 4 на входы ключей 5 усилителя мощнос ти, коммутирующего фазы двигателя 7 в последовательности, задаваемой распределителем импульсов. Сигнал Ugj поступает с выхода одновибратора 11 на управлякмций вход форсировочного ключа 6. I С приходом очередного импульса управления f. вначале происходит запирание включенного в предыдущем такте ключа 5, что обеспечивает форсированное спадение тока по цепи фаза 7, диод 8, встречно включенный источник U|,j, источник Ujj, диод 9. При этом энергия, накопленная магнитным полем отключаемой фазы, рекуперируется в источник питания U Время спадания тока в отключенной фазе 7 определяет время задержки момента включения форсирующего ключа 6 относительно переднего фронта импульсов управления ,, и соответствует длительности импульса t, вырабатываемого одновибратором 10. По окончании процесса спадания тока в отключенной фазе сигналом Vp с выхода одновибратора 11 с задержкой на время Ц открывается форсирующий ключ 6 и к вновь включенной фазе 7 шагового двигателя прикладывается повышенное напряжение U (сигнал и,-и.на фиг. 2), Время нарастания тока во вновь включенной фазе до номинального значения определяет .длительность t импульса , вырабатываемого одновибратором 11, Разнесение во времени процессов спадания и нарастания тока в коммутируемых фазах позволяет в рассматриваемой схеме обеспечить рекуперацию энергии отключаемой фазы без введения каких-либо дополнительных накопительных элементов. I При парной коммутации фаз шагового двигателя, которое обеспечивается рассматриваемым устройством, в каждый момент времени включены две фазы. Поэтому с приходом очередного импульса управления одна фаза всегда остается включенной и в ней протекает ток, близкий к номинальному. В этом случае при включении форсирующего ключа 6 ток в некоммутируемой фазе будет увеличиваться до значения, в два раза превьшающего номинальный, что увеличивает потери двигателя и установленную мощность ключевых элементов. В рассматриваемой схеме для снижения тока в некоммутируемой фазе производится ее закорачивание на время tj действия м пульса U,. Закорачивание каждой фазы производится во второй половине периода включенного состояния фазы который определяется элементом И 2 (сигналы ij- и на 4яг. 2). При совпадении сигналов Uoi (Ujj-U i) на выходе элементов И-НЕ 3 вырабатывается сигнал логического нуля, запирающий через соответствующий элемент И 4 ключ 5 усилителя мощности. Запирание соответствующего ключа 5 при включенном ключе 6 обеспечивает закорачивание фазы 7 по цепи: диод 8,

ключ 6. За время t действия импульса форсирования Uflj, ток в закороченной фазе существенно измениться не может и, следовательно, момент двигателей не уменьшается.

Таким образом рассматриваемая схема при наличии только одного форсировочного ключа и соединения фаз двигателя в многолучевую звезду обеспечивает уменьшение вдвое токов ключевых элементов и снижает потери энергии. Это обеспечивает уменьшение в 2 раза установленной мощности устройства и повьшает его КПД,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ПАРНОЙ KOMltyTAIIHEft, содержащее ключи усилителя мощности, связывающие через диод фазы двигателя, соединенные в четырехлучевую звез ду, с источником постоянного тока низкого уровня, форсирующий ключ, связывающий нулевую точку фаз двигателя с источником постоянного тока высокого уровня, распределитель импульсов и одновибратор, подключенный входом к входу распределителя импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения установленной мощности ключевых элементов, в него введены восемь элементов И, четыре элемента И-НЕ и дополнительный одновибратор, подключенный входом к выходу основного одновибратора, а выходом - к входу форсирующего ключа и первьпч входам элементов И-НЕ, соедииенных вторыми входами с выходами первой группы из четырех элементов И, входы каждого КЗ которых подключены к двум смежным выходам распределителя импульсов, подключенного всеми своими выходами к первым входам второй группы из четырех элементов И, соединенных своими вторыми входами с выходами 3heментов И-НЕ, а выходами - с входами сд оэ ключей усилителя мощности. 00