Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1992 года по МПК H02P8/00 

w

Ё

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем управления шаговыми двигателями с магнито- свяэанными противофазными обмотками и снижении потерь мощности. Сигнал обратной связи, формируемый цепью, состоящей из дифференциального усилителя 12 и выпрямителя 13, поступает на входы импульсного модулятора 14 и блока 15 управления. На входы дифференциального усилителя 12 поступают сигналы с датчиков 7 и 8 тока, включенных последовательно с обмотками двигателя 3 и 4. Диоды 9, 10, 11, обеспечивающие протекание токов в обмотках 3 и 4 при закрытии фазных ключей 5 и 6 и ключа 2, подсоединены встречно-параллельноука

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления шаговыми двигателями и магнитосвязанны- ми противофазными обмотками и может быть использовано в системах автоматического управления.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее источник постоянного напряжения, блок управления и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого содержит первый и второй ключи, соединенные последовательно с фазой двигателя, два датчика тока и два диода (1).

Недостатком такого устройства является сложность и повышенные потери мощности, обусловленные протеканием полного тока обмотки двигателя в любой момент времени по двум силовым элементам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для управления шаговым двигателем (2), состоящее из блока управления, содержащего генератортактовых импульсов, распределитель импульсов, формирователь опорного напряжения и схему управления фазными ключами; импульсного модулятора релейного типа и подключенного к источнику постоянного напряжения многоканального усилителя мощности, каждый канал которого включает в себя ключ регулятора тока, выход которого предназначен для соединения с выводами обмоток двигателя, работающих в противо- фазе, фазные ключи, предназначенные для соединения со вторыми выводами обмоток двигателя, диоды, подключенные к фазным ключам и ключу регулятора тока, датчик тока, первым выводом подключенный к источнику постоянного напряжения, а вторым выводом - к фазным ключам, при этом первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам фазных ключей, третий выход подключен к первому входу импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу ключа регулятора тока.

Недостатками известного устройства являются повышенные потери мощности и невозможность его использования для управления шаговым двигателем с магнито- связанными противофазными обмотками.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства путем управления шаговым двигателем с магнитосвязанными обмотками и снижение потерь мощности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для управления шаговым двигателем, содержащее блок управления, состо-

ящий из генератора тактовых импульсов, распределителя импульсов, формирователя опорного напряжения и схемы управления фазными ключами, импульсный модулятор

релейного типа и подключенный к источнику опорного напряжения многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себя ключ регулятора тока, выход которого предназначен для соедине0- ния с выводами обмоток двигателя, работающих в противофазе. фазные ключи, предназначенные для соединения с вторыми выводами обмоток двигателя, диоды, подключенные к фазным ключам и ключу

5 регулятора тока, и первый датчик тока, первым выводом подключенный к источнику постоянного напряжения, а вторым выводом - к первому фазному ключу, при этом первый и второй выходы блока управления подклю0 чены к управляющим входам фазных ключей, третий выход подключен к первому входу импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу ключа регулятора тока, снабжено диффе5 ренциальным усилителем, выпрямителем и вторым датчиком тока, первый вывод которого подключен.к источнику постоянного напряжения, второй вывод- к второму фазному ключу, входы дифференциального уси0 лителя подключены к точкам соединения датчика тока и фазного ключа, выход дифференциального усилителя подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен ко второму входу импульсного модулятора и к

5 входу блока управления, а диоды подключены встречно-параллельно фазным ключам и ключу регулятора тока.

Сущность изобретения заключается в следующем.

0 В каждом канале усилителя мощности сигнал обратной связи, поступающий на блок управления и импульсный модулятор, формируется вновь введенной цепью, состоящей из выпрямителя и дифференциаль5 ного усилителя, на входы которого поступают сигналы с датчиков тока, включенных последовательно с обмотками двигателя. При этом диоды, обеспечивающие протекание токов в обмотках двигателя при

0 закрытии фазных ключей и ключа регулятора тока, подсоединяются встречно-параллельно этим ключам,

На фиг,1 представлена функциональная схема одного канала устройства для управ5 ления шаговым двигателем с магнитосвя- занными противофазными обмотками: на фиг. 2 - эпюры напряжений и токов в характерных точках схемы.

Устройство состоит из источника постоянного напряжения 1, подключенного к нему усилителя мощности, содержащего ключ регулятора тока 2, соединенный с первыми выводами обмоток двигателя 3 и 4. два фазных ключа 5 и б, соединенных первыми выводами со вторыми выводами обмоток 3 и 4, два датчика тока 7 и 8, соединенных со вторыми выводами фазных ключей 5 и б и с источником постоянного напряжения 1. диоды 9, 10. 11. подключенные встречно-параллельно фазным ключам 5 и 6 и ключу регулятора тока 2, дифференциального усилителя 12, входами подключенного к точкам соединения датчиков тока 7 и 8 и фазных ключей 5 и 6, а выходами - к входу выпрямителя 13, выходом подключенного ко второму входу импульсного модулятора 14 и входу блока управления 15. Первый вход модулятора 14 подключен к третьему выходу блока управления 15, а выход - к управляющему входу ключа регулятора тока 2. Первый и второй выходы блока управления 15 подсоединены к управляющим входам фазных ключей 5 и 6. Блок управления 15 включает генератор тактовых импульсов 16, распределитель импульсов 17, формирователь опорного напряжения 18 и схему управления фазными ключами 19.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 5 открыт, ключ б закрыт, а ключ 2 осуществляет стабилизацию тока з (фиг.2) в обмотке 3 двигателя по сигналу, поступающему с импульсного регулятора 14. При этом ключ 2 может находиться в открытом или закрытом состояниях. На интервале времени ti, t2 ключ 2 открыт и ток з, возрастая, протекает по цепи: положительный вывод источника постоянного напряжения 1, открытый ключ 2, обмотка 3 двигателя, открытый ключ 5. датчик тока 7. отрицательный вывод источника постоянного напряжения 1. Сигнал U с датчика тока 7 поступает на вход дифференциального усилителя 12 и выпрямляется выпрямителем 13.

Выходное напряжение 1Из выпрямителя 13 поступает на второй вход импульсного модулятора 14, где сравнивается с опорным напряжением Uis. поступающим на первый вход импульсного модулятора 14 с блока управления 15. При достижении напряжением Ui3 уровня Uis срабатывания импульсного модулятора 14 ключ 2 закрывается. В обмотке 3 возникает ЭДС самоиндукции, а в обмотке 4 - ЭДС взаимоиндукции. Под действием этих ЭДС в обмотке 4 двигателя возникает ток Ц, равный, но противоположный по знаку току is. Эти токи, спадая, протекают в интервале времени t2, t3 по цепи: обмотка 3 двигателя, открытый ключ 5, датчик тока 7, датчик тока 8, открытый диод 11, обмотка 4 двигателя. Так как при спадании тока (интервал времени t2, ta) поток Ф в маг- нитопроводе двигателя формируется двумя 5 последовательно и согласно соединенными обмотками, между которыми существует сильная магнитная связь, то величина тока з будет в два раза меньше, чем при его нарастании (интервал времени ti, ta).

0- Сигналы U и Us с датчиков тока 7 и 8 суммируются по абсолютной величине на дифференциальном усилителе 12. Результирующее напряжение с выхода усилителя 12 выпрямляется и подается на импульсный

5 модулятор 14. При достижении напряжением Ui3уровня ключ 2 открывается, ток U становится равным нулю, а величина тока з удваивается.

На интервале времени t4, ts все ключи

0 усилителя мощности закрыты и формирование спадающего участка магнитного потока Ф в магнитопроводе двигателя осуществляется за счет форсированного спадания тока k протекающего по цепи: обмотка 4 двига5 теля, открытый диод 9. встречно включенный источник постоянного напряжения 1, датчик тока 8, открытый диод 11, обмотка 4 двигателя. При этом сигнал Us с датчика тока 8 проходит через дифференциальный

0 усилитель 12, выпрямляется и поступает на импульсный модулятор 14, где сравнивается с опорным напряжением Uis, поступаю- щимс блока управления 15. Схема работает аналогично при открытом ключе 6 и закры5 том ключе 5. Уменьшение потерь мощности в данном устройстве достигается за счет того, что большую часть периода работы устройства по его силовым элементам протекает ток, по величине в два раза меньший,

0 чем в устройстве прототипа.

Предлагаемое устройство использовано для управления четырехфазным шаговым двигателем типа ДШИ-200.

5 Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов, распределителя импульсов, формиро0 вателя опорного напряжения и схемы управления фазными ключами, импульсный модулятор релейного типа и подключенный к источнику постоянного напряжения многоканальный усилитель мощности, каждый

5 канал которого включает в себя ключ регу- лятора тока, выход которого предназначен для соединения с выводами обмоток двигателя, работающих в противофазе, фазные ключи, предназначенные для соединения с

вторыми выводами обмоток двигателя, диоды, подключенные к фазным ключам и ключу регулятора тока, и первый датчик тока, первым выводом подключенный к источнику постоянного напряжения, а вторым выводом - к первому фазному ключу, при этом первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам фазных ключей, третий выход подключен к первому входу импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу ключа регулятора тока, отличающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем управления шаговым двигателем

„.V« U« ti

UH

U

М( 4S

-ят -7 тс

.i/ -i

I

I

«

Ц

и,

W17

I

и

JPT7

9

Ч

ЧА/Ч.

Ь ЛЬ

5

с магнитосвязанными противофазными обмотками и снижения потерь мощности, устройство снабжено дифференциальным усилителем, выпрямителем и вторым датчиком тока, первый вывод которого подключен к источнику постоянного напряжения, второй - к второму фазному ключу, входы дифференциального усилителя подключены к точкам соединения датчика тока и фазного ключа, выход - к входу выпрямителя, выход которого подключен к второму входу импульсного модулятора и к входу блока управления, а диоды подключены встречно параллельно фазным ключам и ключу регулятора тока.

.

г

f А А.А /Щ

W

РСП№

CTT