Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1990 года по МПК H02P8/12 

(21)4419/52/24-07

(22)03.05.83

(46) 07.02.90. Бкш. № 5 (73) Ленинградский кораблестроительный институт

(72) С.М.Дерипаске, В.И.Саввин и А.П.Сеньков

(53)621.313.525(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1166258, кл. Н 02 Р 8/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 944051, кл. Н 02 Р 8/00, 1982.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57)Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с волновым шаговым двигателем. Цель изобретения состоит в повышении КПД. При поступлении очередного импульса управления fy происходит переключение фаз 8 двигателя. Энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через диод 6 на конденсатор 9. При этом ток, протекающий в фазной обмотке, уменьшается, тогда как напряжение на конденсаторе 9 растет, По окончании процесса заряда конденсатора 9 осуществляется его разряд на отключаемую фазу 8 через вспомогательный ключевой элемент 5. При этом ток протекает в отключаемой фазе в . направлении, противоположном направлению включения источника 2 питания. Это позволяет уменьшить остаточный магнитный поток, вследствие чего уменьшаются электромагнитные силы, препятствующие перемещению ротора в новое фиксированное положение, 3 ил. ,

СО

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с волновым шаговым двигателем. Цель изобретения - состоит в повышении КПД. При поступлении очередного импульса управления F_у происходит переключение фаз 8 двигателя. Энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через диод 6 на конденсатор 9. При этом ток, протекающий в фазной обмотке, уменьшается, тогда как напряжение на конденсаторе 9 растет. По окончании процесса заряда конденсатора 9 осуществляется его разряд на отключаемую фазу 9 через вспомогательный ключевой элемент 5. При этом ток протекает в отключаемой фазе в направлении, противоположном направлению включения источника 2 питания. Это позволяет уменьшить остаточный магнитный поток, вследствие чего уменьшаются электромагнитные силы, препятствующие перемещению ротора в новое фиксированное положение. 3 ил.

ь

сд

ч1

СП

-U

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, преимущественно волновыми (ВШД), и может быть использовано в дискретных системах автоматического управления.

Цель изобретения - повышение КПД.

На фиг. 1 приведена функциональная Схема устройства применительно к четыре хфазному ЗШД; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 - Ьрипцичиальная схема блока совпадения.

Устройство (фиг, 1) содержит рас- .рределитель 1 импульсов, источник 2 питания, функциональный преобразователь 3 частота - длительность, вход .которого соединен с тактовым эходом распределителя 1 импульсов, многокаальнын усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя основной ключевой элемент 4, управляющий вход которого соединен с выходом рас- 25 пределителя 1 импульсов, вспомогательный ключевой элемент 5, диод 6, дополнительный диод.7, который соединяет общую шину источника 2 питания с точкой соединения фазы 3 двигателя с основным ключевым элементом 4, которая через соединенные встречно-параллельно диод 6 и вспомогательный

ключевой элемент 5 соединена с об20

30

кладкой конденсатора 9. Другая обклад- тельность импульсов Ug увеличивается

ка конденсатора 9 соединена с общей точкой соединения фазных обмоток 8 двигателя и с источником 2 питании, Управляющие входы вспомогательных ключевых элементов 5 соединены с вы- 40 ходами логических элементов И 10, первые входы которых соединены с выходом функционального преобразователя 3, Вторые входы логических элементов И 10 соединены с выходами блока 45 11 совпадения. Входы последнего соединены с выходами и входами направления распределителя 1 импульсов.

В качестве функционального преобт- разователя 3 может быть использовано устройство, состоящее из преобразователя частота - код и преобразователя код - длительность.

V4.

фиг. 2).

Импульсы напряжения U5 поступают на первые входы логических элементов И 10, на вторые входы которых поступают напряжения выходов блока 11 сов падения.

На одном из выходов блока 11 совпадения в зависимости от состояния распределителя 1 импульсов и в зависимости от направления вращения двигателя формируется сигнал единичного уровня, поступающий на второй вход соответствующего элемента И 10, кото рый в этом случае пропускает импульс напряжения U5 на управляющий вход вспомогательного ключевого элемента (например, транзистора). На фиг. 2 приведены напряжения U f5, U1S, U1T ,

На одном из выходов блока 11 совпадения в зависимости от состояния распределителя 1 импульсов и в зависимости от направления вращения двигателя формируется сигнал единичного уровня, поступающий на второй вход соответствующего элемента И 10, который в этом случае пропускает импульс напряжения U5 на управляющий вход вспомогательного ключевого элемента 5 (например, транзистора). На фиг. 2 приведены напряжения U f5, U1S, U1T ,

U

fs

на выходах логических элементов

Блок Il (фиг. 3) содержит четыре

элемента И 12, попарно связанных вхо-И 10. Вспомогательный ключевой эледами с выходами распределителя 1 им-мент 5 включен встречно-параллельно

пульсов, а выходами - с входами восъ-с соответствующим диодом 6, соединяюми элементов И 13, другие входы кото-щим обмотку отключаемой фазы 8 с кон- рых соединены с входами направления

денсатором 9.

5

5

движения распределителя 1 импульсов, а выходы - с входами четырех элемен- тов ИЛИ 14, выходы которых соединены с управляющими входами вспомогательных ключевых элементов 5.

Состояния блока 11 приведены в таблице.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства на примере четырехфазного ВШД при паоно симметричной системе коммутации фаз.

Импульсы управления fy (фиг. 2) поступают на вход распределителя 1 импульсов, на выходах которого формируется последовательность прямоугольных напряжений U,, , UJt U4 (фиг. 2). Данная диаграмма иллюстри- 0 РУет случай, когда двигатель осуществляет движение вперед, т.е. на входе В присутствует сигнал единичного уровня, а на входе И присутствует сигнал нулевого уровня, которые поступают на управляющие входы основных ключевых элементов 4.

Импульсы управления 5„ поступают также на вход функционального преобразователя 3, формирующего на выходе 0 импульсы напряжения Uy (фиг. 2), длительность которых изменяется в функции от частоты управляющих импульсов fy, причем с увеличением частоты управляющих импульсов f- длительность импульсов Ug увеличивается

V4.

фиг. 2).

Импульсы напряжения U5 поступают на первые входы логических элементов И 10, на вторые входы которых поступают напряжения выходов блока 11 совпадения.

На одном из выходов блока 11 совпадения в зависимости от состояния распределителя 1 импульсов и в зависимости от направления вращения двигателя формируется сигнал единичного уровня, поступающий на второй вход соответствующего элемента И 10, который в этом случае пропускает импульс напряжения U5 на управляющий вход вспомогательного ключевого элемента (например, транзистора). На фиг. 2 приведены напряжения U f5, U1S, U1T ,

U

fs

на выходах логических элементов

И 10. Вспомогательный ключевой элещим обмотку от

денсатором 9.

В момент поступления очередного импульса управления (фиг. 2, момент времени t1), происходит переключение фаз 8 двигателя. Энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через соответствующий диод 6 на конденсатор 9. Ток, протекающий в контуре, состоящем из фазной обмотки 3 и конденсатора 9, уменьшается (1Ф4, длительность времени С,, фиг. 2) тогда как напряжение на конденсаторе 9 растет. Характер фронта спадания тока в фазе во многом зависит от величины активного сопротивления фазы и может отличаться от фронта, изображенного на фиг. 2 (1«р4 ). При увеличении активного сопротивления фазы фронт спадания тока может изменять наклон.

По окончании длительности С, спадания тока I ф 4 отключаемой фазы 8 и нарастания напряжения на конденсаторе 9 через Замкнутый вспомогательный ключевой элемент 5 осуществляется разряд конденсатора 9 (заряженного напряжением, полярность которого указана на схеме фиг. I) на отключаемую фазу 3 двигателя. При этом ток I ф4 в отключаемой фазе 8 протекает в направлении, противоположном направлению включения источника питания 2 (1ф4 длительность времени Ј4, фиг. 2). За счет э того достигается уменьшение остаточного магнитного потока до нуля, соответственно уменьшается электро- магнитная сила, препятствующая пепе- мещению гибкого ротора в новое фиксированное положение.

По истечении длительности импульса напряжения Us вспомогательный ключевой элемент 5 запирается. Ток после запирания вспомогательного ключевого элемента 5 протекает через дополнительный диод 7 и конденсатор, входящий в выходной емкостной фильтр источника 2 питания.

При поступлении следующего импульса управления f, работа устройства повтоояется.

При увеличении частоты управляющих импульсов fv (момент времени С2, фиг. .) увеличивается длительность разряда конденсатора 9 на отключаемую фазу через вспомогательный ключевой элемент 5 ( Јг, фиг. 2),

Увеличение длительности разряда конденсатора 9 на отключаемую фазу 8 обусловлено тем, что при увеличении

частоты управляющих импульсов f происходит расширение динамической петли гистерезиса, что влечет увеличение остаточного магнитного потока. Следовательно, необходимо увеличивать величину тока для обеспечения уменьшения остаточного магнитного потока до нуля.

Q Кроме того, при увеличении частоты управляющих i чпульсов f длительность подключения фазы 3 двигателя к источнику 2 питания постоянного тока уменьшается и оказывается недостаточной

для обеспечения нарастания величины тока (Iw, фиг. 2) до номинального значения (1н,фиг, 2), Уменьшение значения тока фазы приводит к снижению энергии, запасенной в магнитном поле

0 фазы, вследствие чего снижается уровень напряжения на конденсаторе 9. Следовательно, необходимо увеличивать длительность его подключения к отключаемой фазе 8 для обеспечения необ5 ходимой для осуществления размагничивания величины тока.

Закон изменения длительности импульса напряжения Ь , формируемого на выходе функционального преобраэо0 вателя 3, определяется экспериментально.

Таким образом, использование изобретения позволяет уменьшить силы, препятствующие перемещению гибкого

г ротора в новое фиксированное положение, а так как при этом не требуется осуществлять отбор энергии от источника питания, то достигается повышение КПД двигателя.

40

5

0

5

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, преимущественно волновым, содержащее распределитель импульсов, источник питания, функциональный преобразователь частота - длитель-.. ность, вход которого соединен с входом распределителя импульсов, и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя основной ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, вспомогательный ключевой элемент и диод, о т- личающееся тем, что, с целью повышения КПД двигателя, в устройство введены блок совпадения, логические элементы И по числу фаз и

71

конденсатор, а каждый канал усилителя мощности снабжен дополнительным диодом, соединяющим точку соединения источника питания и основного ключе- його элемента с точкой соединения фазы с.основным ключевым элементом, которая через соединенные встречно- параллельно диод и вспомогательный }шючевой элемент соединена с обклад- tcoft конденсатора, другая обкладка Которого соединена с общей точкой

417348

соединения фазных обмоток двигателя и с источником питания, причем уп- павляющие входы вспомогательных ключевых элементов соединены с выходами логических элементов И, первые входы которых соединены с выходом функционального преобразователя, вторые входы - с выходами блока совпадения, входы которого соединены с выходами и с входами направления распределителя импульсов.

10

К входам налрадления фиг.З

%