Устройство для управления многофазным шаговым двигателем Советский патент 1987 года по МПК H02P8/10 

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот.

На фиг. 1 показана схема устройства применительно к 4-фазному двигателю; на фиг. 2 - временные диаграммы работы; на фиг. 3 - изменение тока и напряжения фаз при различной рабочей частоте.

Устройство для управления многофазным шаговым двигателем содержит четыре канала 1 - 4 управления, источник 5 сигналов управления, делитель 6 частоты, счетчик 7 с коэффициентом пересчета т, многоканальньШ коммутатор 8, формирователь 9 длительности импульсов, D-триггер 10j цепь 11 задержки, элемент И 12, ключевой элемент 3, фазовые обмотки демпфирующие диоды и источник 16 постоянного напряжения .

Диаграммы с(-г (фиг 2) отображают напряжения на входах многоканал1ь ного коммутатора 8, --сигналы на выходе одновибратора первого канала 1 управления, е- напряжение на управляющем входе ключевого элемента 13 первого канала 1 управления, ж - напряжение на входе сброса счетчика 7 первого канала 1 управления.

3 - напряжение на выходе заполнения , ется в исходное состояние, Демпфирусчетчика 7, и - напряжение на выходе одновибратора 9 длительности импульса второго канала 2 управления, к- напряжение на управляющем входе ключевого элемента 13 второго канала 2 управления..

На фиг. 3 на диаграммах а показано изменение тока и напряжения фаз при низкой частоте, на диаграммах 6, 6 - на высокой частоте.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с источника 5 управля- юш:их сигналов, например генератора с частотой f, поступают на делитель 6 частоты и счетчики 7. С выхода делителя 6 частоты импульсы с частотой f/п поступают на вход многоканального коммутатора 8, на выходах которого получаются сдвинутые друг относительно друга импульсные последовательности. Чиспо выходов многоканального коммутатора 8 равно числу фазных обмоток электродвигателя.

ющий диод 15 предотвращает выбросы ЭДС самоиндукции при отключении фазной обмотки 14

Таким образом, щительность пульсов тока, протекающего через фазную обмотку 14 равна где tj - время заполнения счетчика 7, зависящее от частоты f импуА- сов источника 5 сигналов управ чения

45 и от коэффициента m пересчета счетчика 7 () ; t - длительность импульса фopмзipoвaтeля 9 длительности импульса.

Параметром, характеризующим реясим

д коммутации обмоток и силового электродвигателя, можно считать временное перекрытие П импульсов тока в соседних фазных обмотках.

При симметричной коммутации и поJ5 тенциальном : 1равлении шаговым электродвигателем оптимальными являются

- на рабочей частоте (т.е. цикл коммутации 12-23значения от П

Каждый выход многоканального коммутатора 8 подключен к входу одновибратора 9 соответствующего канала управления. Импульс с выхода многоканального коммутатора 8 запускает одновибратор 9, на выходе которого образуется импульс с длительностью t-). При срабатывании одновибратора 9 на вход сброса счетчика 7 через цепь

11 задержки и элемент И 12 поступает сигнал, разрешающий работу счетчика 7.

По окончании импульса на выходе одновибратора 9 по фронту срабатывает D-триггер 10, с его прямого выхода на ключевой элемент 13 поступает включающий сигнал и через фазную обмотку 14 начинает протекать ток от источника 16 постоянного напряжения,, Цепь 11 задержки позволяет исключить паразитный импульс на выходе элемента И 12 при срабатывании D-триггера 10. Поэтому на входе сброса счетчика 7 продолжает

действовать разрешающий сигнал и счетчик 7 продолжает считать импульсы, поступаюп ие от источника 5 сигналов управления. При заполнении счетчика 7 на выходе .заполнения: появляется импульс, который сбрасывает D-триггер 10. При зтом запирается ключевой элемент 13s обесточивая фазную обмотку 14 , и счетчик 7 прекращает счет. Схема устанавлива, ется в исходное состояние, Демпфирующий диод 15 предотвращает выбросы ЭДС самоиндукции при отключении фазной обмотки 14

Таким образом, щительность пульсов тока, протекающего через фазную обмотку 14 равна где tj - время заполнения счетчика 7, зависящее от частоты f импуА- сов источника 5 сигналов управ чения

45 и от коэффициента m пересчета счетчика 7 () ; t - длительность импульса фopмзipoвaтeля 9 длительности импульса.

Параметром, характеризующим реясим

д коммутации обмоток и силового электродвигателя, можно считать временное перекрытие П импульсов тока в соседних фазных обмотках.

При симметричной коммутации и поJ5 тенциальном : 1равлении шаговым электродвигателем оптимальными являются

- на рабочей частоте (т.е. цикл коммутации 12-23значения от П

31309250

34-41) до П О на верхней рабочей стоте (т.е. циКоТ коммутации 1-2- 3-4).

В предлагаемой схеме управления m - п

П

во ля ис мо ст ни

Выбрав соответствующим образом

т, п и tx

можно получить требуемый

закон изменения П в рабочем диапазоне частот (т.е. скоростей движения шагового электродвигателя).

На низких частотах, когда длителность управляющего импульса более чем в 3-5 раз превышает постоянную времени, обусловленную параметрами фазной обмотки двигателя, коммутаци происходит по классической схеме 12 -23-34-41... (фиг. За). Однако на высоких частотах, когда постоянная времени Т соизмерима с длительность импульса, затягивание спада тока приводит к увеличению числа одновременно включенных обмоток (фиг. Зв), что приводит к падению электромагни

ного момента вплоть .до полной остановки двигателя (при дальнейшем увеличении частоты).

Однако устройство как бы сдвигает передний фронт импульса управления , укорачивая длину импульса на величину, задаваемую одновибрато- ром 9.

Таким образом, реальное подключе

Устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее каналы управления по числу фаз, источник сигналов управления и коммутатор, выходы которого соединены с входами каналов управления, каждый из которых включает в себя подключенный к входу канала одновибратор.

ние фазовых обмоток на высоких часто- -триггер, элемент И и ключ, vnpaB- тах при использовании устройства ста- ляющий вход которого подключен к новится гораздо ближе к коммутации 12-23-34-41.. (эпюры тока, фиг. 3с), Особенно этот момент существенен для

прямому выходу D-триггера, силовой вход - к источнику питания, выход - к фазе двигателя 5 шунтированный силовых шаговых двигателей, имеющих. диодом, выход однсвибратора соединен -0,1-0,15 с, где на частотах даже тактовым входом D-триггера, ин- порядка 100 Гц падает момент (усилие) и при остановке наблюдается отработка на неполный шаг назад из-за того, что одновременно протекает ток в трех катушках.

Практически можно рекомендовать

версный выход которого подключен к первому входу элемента И, D-вход связан с источником питания, о т - 45личающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введен делитель часm „

следующие соотношения - Z, длител

п

ность импульса (0,4 - 0,45)t, где t - длительность управляющего импульса на максимальной высокой частоте рабочего диапазона.

Выбор параметров тип зависит от требований к сложности схемы и плавности изменения длины импульса. В реальной практике достаточно m 30-50.

0

. ..

Для достижения постоянства тягового усилия шагового электродвигателя при изменении скорости движения источник 16 постоянного напряжения может быть регул 1руемым в зависимости от частоты или от среднего значения тока в фазной обмотке.

Таким образом, повышается надежность работы устройства за счет уменьшения количества ключевых элементов (ключевые элементы - наиболее нагруженные и, соответственно, наименее надежные элементы устройства управления шаговыми электродвигате- 5 лями), расширяется рабочий диапазон частот за счет обеспечения оптимального цикла ком утации в заданном частотном диапазоне и улучшаются энергетические характеристики двигателя за счет отсутствия форсирования, а также за счет более полного ис- пользования электромагнитных сил на высоких частотах.

изобретения

Устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее каналы управления по числу фаз, источник сигналов управления и коммутатор, выходы которого соединены с входами каналов управления, каждый из которых включает в себя подключенный к входу канала одновибратор.

-триггер, элемент И и ключ, vnpaB- ляющий вход которого подключен к

прямому выходу D-триггера, силовой вход - к источнику питания, выход - к фазе двигателя 5 шунтированный диодом, выход однсвибратора соединен тактовым входом D-триггера, ин-

версный выход которого подключен к первому входу элемента И, D-вход связан с источником питания, о т - 5личающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введен делитель частоты, а в каждьш канал управления введены счетчик и элемент задержки,

причем источник сигналов управления соединен с тактовыми входами счетчиков и через делитель частоты с входом коммутатора, элемент задержки входом подключен к выходу одновибратора, а выходом - к второму

входу элемента И, выход которого соединен с входом сброса счетчика, выход заполнения которого соединен с входом сброса D-триггера.

ч

1309250

i

l(i}

uW

jT

/L

L

k

/:

г

15v Л

V

JL

A

/г A

uz.J

Составитель В, Алфимов . Редактор И. Николайчук Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетник

Заказ 1803/53Тираж 661Подгшсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения расширение рабочего диапазона частот. Устройство содержит источник сигналов управления 5, многоканальный коммутатор 8, каналы управления 1-4, источник постоянного напряжения 16. Каждый выход многоканального коммутатора 8 подключен к входу формирователя канала управления. Импульсы запускают формирователь и на элемент И 12 поступает сигнал, разрешающий работу счетчика 7. Введение делителя частоты 6, а в каждом канале управления - счетчика 7 и цепи задержки 11 позволяет расширить рабочий диапазон частот. 3 ил. (Л С со о ;о ю СП