Электропривод Советский патент 1993 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговым двигателем, и может быть использовано в системах автоматического управления различными технологическими процессами с исполнительными шаговыми двигателями,

Целью изобретения является упрощение и повышение КПД за счет уменьшения потерь в датчике тока.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в силовой части схемы.

Электропривод (фиг. 1) содержит рас- . пределитель импульсов 1 с входами управ- ления движением вперед В и назад Н. Выходы распределителя импульсов 1 подключены ко входам многоканального усилителя мощности, каждый канал которого содержит.транзистор 2, связанный управля- ющим входом через промежуточный усилитель мощности 3 с выходом элемента И 4. Первый вход элемента И 4 подключен к соответствующему выходу распределителя импульсов 1, а второй вход - к выходу ком- паратора 5. Первый вход компаратора 5 подключен к выходу датчика тока 6, а второй - к шине з задания тока.

Датчик тока 6 включает в себя трехоб- моточный трансформатор тока с двумя пер- вичными 7, 8 и вторичной 9 обмотками. Вторичная обмотка 9 трансформатора тока шунтирована резистором 10 и подключена к диодному мосту 11, нагруженному резистором 12. Выход моста является выходом датчика тока 6.

Коллектор транзистора 2 усилителя мощности подключен к концу первой первичной обмотки 7 трансформатора тока, начало которой соединено с концом второй первичной обмотки 8 трансформатора тока и фазой 13 шагового двигателя. Общая точка соединения всех фаз m-фазного шагового двигателя подключена к одному зажиму источника питания Un. Начало второй первич- ной обмотки 8 трансформатора тока через диод 14 соединено с коллектором транзистора 15 разрядной цепи, имеющего проводимость, обратную проводимости транзистора 2 усилителя мощности. Эмит- тер транзистора 15 подключен к общей точке соединения фаз шагового двигателя и зажима источника питания Un. а база транзистора 15 через резистор 16 связана с фазой 13 шагового двигателя. Переход эмиттер-коллектор транзистора 15 разрядной цепи шунтирован встречно включенным стабилитроном 17 разрядной цепи. База транзистора 15 разрядной цепи каждого канала через резистор 18 и диод 19 спели пеня

с коллекторами транзисторов 2 смежных каналов усилителя мощности.

Электропривод работает следующим образом.

При поступлении с выхода распределителя импульсов 1 сигнала единичного уровня на соответствующий канал усилителя мощности элемент И 4 формирует на своем выходе также сигнал единичного уровня, усиливаемый промежуточным усилителем мощности 3. Последнй отпирает транзистор 2 усилителя мощности и к фазе 13 шагового двигателя прикладывается напряжение источника питания ип(см. фиг. 2 а). Ток I фазы шагового двигателя проходит и по первой первичной обмотке 7 трансформатора тока. Аналогичный сигнал обратной связи 0с вырабатывается на выходе тока 6. Сигнал 0с выделяется на резисторе 12, являющемся нагрузкой диодного моста 11.

До тех пор, пока текущее значение тока I фаз ы меньше заданного, т.е. I0c U, где з - ток задания (см. фиг. 3, б) на выходе компаратора 5 вырабатывается сигнал единичного уровня, разрешающий прохождение сигнала через элемент И 4 с выхода распределителя импульсов 1 на управляющий вход транзистора 2 и поддерживающий последний в проводящем состоянии. При достижении током 0с заданного значения Ь на выходе компаратора 5 появляется сигнал логического нуля, который препятствует прохождению сигнала единичного уровня с распределителя импульсов 1 через элемент И 4. Транзистор 2 при этом запирается, а транзистор 15 разрядной цепи открывается, и по нему протекает ток фазы 1т15(см. фиг. 2, в). Отпирание транзистора 15 обеспечивается ЭДС самоиндукции, возникающей при запирании транзистора 2 усилителя мощности. Делитель с резистором 16 уменьшает величину напряжения, поступающего на базу транзистора 15 разрядной цепи. При открывании транзистора 15 разрядной цепи фаза 13 шагового двигателя оказывается закороченной и к ней прикладывается низкое встречное напряжение, равное падению напряжения на проводящих диоде 14 и транзисторе 15. Ток в закороченной фазе 13 падает медленно (значительно медленнее, чем нарастзет),а накопленная в фазе 13 шагового двигателя электромагнитная энергия расходуется только на потери в активном сопротивлении фазы и проводящих диоде 14 и транзисторе 15. Такой режим отключения фазы 13 шагового двигателя с последующим ее закорачиванием обеспечивает значительное уменьшение потерь в сравнении с режимом, когда к отключенной фазе прикладывается высокое встречное

напряжение, создаваемое разрядной целью.

Время ti отключения фазы 13 при импульсной стабилизации тока определяется электромагнитной постоянной времени фазы и чувствительностью (зоной нечувствительности) компаратора 5. Когда текущее значение тока в фазе I снижается до величины 1 S I3- S, где S- зона нечувствительности компаратора 5, компаратор 5 переключается и отпирает транзистор 2 усилителя мощности. Транзистор 15 разрядной цепи при этом запирается. К фазе 13 шагового двигателя вновь будет приложено напряжение Un источника питания и ток i начнет увеличиваться. При достижении током I заданного значения 3 транзистор 2 вновь закроется, а транзистор 15 - откроется, В схеме обеспечивается импульсное поддержание заданного значения тока в фазе -13 шагового двигателя посредством периодического подключения ее к источнику питания и шунтирования ее после отключения от источника питания.

Описанный процесс поддержания тока во включенной фазе 13 будет продолжаться до тех пор, пока на входе элемента И 4 присутствует сигнал единичного уровня, поступающий с выхода распределителя импульсов 1. Этот сигнал определяет время возбужденного -состояния соответствующей фазы 13 шагового двигателя - длительность такта. Окончанию такта, т.е. отключению ранее подключенной фазы 13 шагового двигателя соответствует появление на выходе распределителя сигнала нулевого уровня.

При появлении на выходе распределителя импульсов 1 сигнала нулевого уровня работа разрядной цепи изменяется. В этом случае при запирании транзистора 2 усилителя мощности транзистор 15 разрядной цепи не открывается, поскольку на его базу по цепи: резистор 18,диоды 19 поступает- запирающее напряжение смещения, снимаемое с коллектора открытого транзистора 2 усилителя мощности одного из смененных каналов. Коммутация фаз шагового двигателя осуществляется так. чтобы в каждый момент времени было возбуждено не менее одной фазы, Когда заперты оба транзистора 2 и 15, ток в отключенной фазе протекает через диод 14 и стабилитрон 17. При этом к отключенной фазе 13 шагового двигателя прикладывается встречное напряжение UCT (см. фиг. 2 а), равное напряжению пробоя стабилитрона 17. Под действием этого напряжения обеспечивается форсированное (ускоренное) спадание тока 1Д1 (см. фиг. 2г) до нуля за время т0.

Описанный процесс импульсного поддержания тока при закорачивании фазы и форсировании его спадания после окончания такта будет повторяться в каждом кана- 5 ле усилителя мощности при изменении сигналов на выходах распределителя импульсов, от логического нуля до логической единицы.

Формула изобретения 10 Электропривод, содержащий т-фазный шаговый двигатель, фазы обмотки которого соединены в многолучевую звезду, многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого выполнен на транзисторе, 5 включенном последовательно в цепь соответствующей фазы обмотки шагового двигателя, источник питания, один зажим которого соединен с общей точкой фаз обмотки шагового двигателя, датчики тока

0 фаз, распределитель импульсов, многоканальную систему управления, каждый канал которой составлен из компаратора, подключенного первым входом к выходу датчика тока соответствующей фазы обмотки шаго5 вого двигателя, а вторым - к шине задания тока, элемента И, одним входом соединенного с выходом компаратора, а другим - с

соответствующим выходом распределителя импульсов, предварительного усилителя

0 мощности, включенного между выходом элемента Ни управляющим входом транзистора соответствующего канала усилителя мощности, m разрядных цепей, каждая из которых снабжена транзистором, эмиттер

5 которого подключен к общей точке фаз обмотки шагового двигателя, и последовательно соединенными диодом и стабилитроном, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД за счет умень-

0 тения потерь в датчике тока, в него введены m делителей со средней точкой, подключенных параллельно фазам обмотки шагового двигателя, каждый датчик тока выполнен в виде трехобмоточного tpaнcфopмaтopa то5 ка и диодного моста, первая первичная обмотка трансформатора тока включена между свободным выводом соответствующей фазы шагового двигателя и коллектором транзистора канала усилителя

0 мощности, эмиттер которого подключен к второму зажиму источника питания, вторая первичная обмотка трансформатора тока концом подключена к точке соединения начала первой первичной обмотки трансфор5 матора тока и свободного вывода соответствующей фазы обмотки шагового двигателя, а началом - к аноду диода разрядной цепи, третья выходная обмотка трансформатора тока подключена к входу диодного моста, выход которого шунтировам резистором и образует выход датчика тока, анод стабилитрона разрядной цепи подключен к Общей точке фаз обмотки шагового двигателя, коллектор транзистора

литрона и диода указанной цепи, а база - к средней точке делителя и ч введенные последовательно соединен резистор и диод - к коллектору транзис

разрядной цепи - к точке соединения стаби- 5 смежного канала усилителя мощности.

литрона и диода указанной цепи, а его база - к средней точке делителя и через введенные последовательно соединенные резистор и диод - к коллектору транзистора

Ч

6)

1

Гч

Фкг, 2

ь-г-Н

|.

I