Устройство для управления многофаз-НыМ шАгОВыМ дВигАТЕлЕМ Советский патент 1981 года по МПК H02P8/12 H02P8/36 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления шаговыми двигателями, например в устройствах числового программного управления металлорежущими станками.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержаш,ее источник управляюш их сигналов, высоковольтный и низковольтный источники питания, разделенные диодом друг от друга, первый ключевой элемент, соединяюш,ий фазную обмотку с первым полюсом высоковольтного источника питания, второй ключевой элемент, соединяюш,ий фазную обмотку через резистор обратной связи с вторым полюсом высоковольтного источника питания, одновибратор, подключенный входом параллельно резистору обратной связи, а выходом к R-входу RS-триггера, усилители, первый из которых соединяет выход RS-триггера с входом первого ключевого элемента, а второй соединяет вход второго ключевого элемента с выходом источника управляюш,их сигналов и S-входом RS-триггера 1.

Недостатком известного устройства является наличие двух источников питания, что усложняет устройство, и увеличивает его массогабаритные показатели.

Известно также устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержаш,ее источник управляюш,их сигналов и многоканальный усилитель, каждый канал которого содержит два ключевых элемента, первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного тока, второй ключевой элемент связывает вторую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RS-триггер, подключенный S-входом к одному из выходов источника управляюш,их сигналов, и одновибратор, связанный своим входом с резистором обратной

связи, а выходом - с R-входом триггера 2.

Недостатко.м этого устройства является низкая надежность, так как при выходе из строя первого ключевого элемента или

одновибратора выходит из строя и второй ключевой элемент, кроме того, при этом может сгореть фазная обмотка двигателя.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Для этого в устройство введены два элемента И-НЕ и пороговый элемент, подключенный входом к резистору обратной связи, а выходом - к третьему входу первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом первого ключевого элемента, выход второго элемента И-НЕ - с входом второго ключевого элемента, а выход RS-триггера - с вторыми входами обоих элементов И-НЕ, подключенных первыми входами к второму выходу источника управляющих сигналов.

Такое выполнение устройства обеспечивает при выходе из строя первого ключевого элемента или порогового элемента запирание сигналом одновибратора второго ключевого элемента, предотвращая выход из строя второго ключевого элемента и двигателя.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для управления током в одной фазе двигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг. 1) содерл ит источник сигналов 1 управления (коммутатор), RS-триггер 2, элементы И-НЕ 3 и 4, предварительные усилители 5 и 6, пороговый элемент 7, одновибратор 8, ключевые элеметы 9 и 10, диоды И и 12, резистор 13 обратной связи и обмотку 14 двигателя.

Выход 5 триггера 2 соединен с выходом сброса источника 1. Выход .R триггер 2 ггодключен к вторым входам элементов И-НЕ 3, 4, первые входы которых подключены к второму выходу источника 1. Третий вход первого элемента Н-НЕ 3 соединен с выходом элемента 7, а вход R триггера 2 подключен к выходу одновибратора 8. Вход одновибратора 8 и вход элемента 7 подключены к резистору 13. Выход первого элемента И-НЕ 3 через усилитель 5 подключен к входу первого ключевого элемента 9, коммутирующего фазу двигателя, и первому полюсу высоковольтного источника питания Vi.

Выход второго элемента И-НЕ 4 через усилитель 6 подключен к входу второго ключевого элемента 10.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал 15 сброса (фиг. 2) с выхода источника 1 поступает на S-вход триггера 2 и устанавливает его в исходное рабочее состояние, при котором на его выходе, а следовательно, на вторых входах элементов И-НЕ 3, 4 появляется «единичный разрешающий потенциал 16 (фиг. 2).

Сигнал управления 17 (фиг. 2), потупающий с второго выхода источника 1 через элементы И-НЕ 3, 4 и усилители 5, 6 включают одновременно ключевые элементы 9, 10 и к фазе прикладывается напряжение источника питания Vi, за счет чего в обмотке быстро нарастает ток. Когда падение напряжения на резисторе 13 достигает порога срабатывания элемента 7, последний срабатывает (18, фиг. 2) и «нулевым потенциалом через элемент И-НЕ 3 усилитель 5 закрывает элемент 9.

После закрытия элемента 9 ток в фазе

начинает спадать, протекая в том же направлении за счет ЭДС самоиндукции по контуру: диод 11, фаза 14, ключевой элемент 10, резистор 13, полюс источника питания Vi.

При уменьшении тока в фазе, когда паденне напряжения на резисторе 13 будет соответствовать порогу отпускания элемента 7, последний «отпустит, и «единичным

потенциалом на выходе через схему И-НЕ 3, усилитель 5 откроет элемент 9.

Процесс коммутации элемента 9 с помощью сигналов порогового элемента будет продолжаться до тех пор, пока на третьем и

первом входах элементов П-НЕ 3, 4 будет сигнал fynp в виде «единичного потенциала (17, фиг. 2).

Таким образом, осуществляется модуляция тока в фазе двигателя. Среднее значение

тока в фазе задается и поддерживается порогом срабатывания элемента 7. Величина пульсаций тока и частота модуляции определяются гистерезисом (коэффициентом возврата) порогового элемента, т. е. разницей

напряжений между порогом срабатывания и порогом отпускания. В момент отключения фазы происходит возврат (рекуперация) запасенной энергии в источник питания 1/1 через диод 12. Это позволяет, кроме

того, снизить перенапряжение на элементе 10 до уровня источника Vi.

При неисправности порогового элемента или «пробое элемента 9 ток в фазе нарастает до допустимого значения (фиг. 2-20;

i), которое определяется уровнем срабатывания одновибратора 8 (19, фиг. 2), который выходным сигналом переключит триггер 2 по R-входу. Выходной «нулевой сигнал триггера 2 через элементы И-НЕ 3, 4 и

усилители 5, 6 закроет элементы 9, 10. После устранения неисправности сигналом сброса триггер 2 установится в рабочее состояние.

Формула изобретения

Устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее источник управляющих сигналов и многоканальный

усилитель, каждый канал которого содержит два ключевых элемента, первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного тока, второй ключевой элемент связывает вторую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RS-триггер, подключенный входом S j одному из выходов источника управляющих сигналов,

и одновибратор, связанный своим входом с резистором обратной связи, а выходом - с входом R триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, введены два элемента И-НЕ и

пороговый элемент, подключенный входом

к резистору обратной связи, а выходом - к третьему входу первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом первого ключевого элемента, выход которого элемента И-НЕ - с входом второго ключевого элемента, а выход RS-триггера - с вторыми входами обоих элементов И-НЕ, подключенных первыми входами к второму выходу источника управляющих сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Акцептованная заявка Великобритании № 1322424, кл. H2I, 1973.

2. Луценко В. Е., Рубцов В. П. Электропривод с шаговыми двигателями. В кн.: Обзор - Итоги науки и техники. Электропривод и автоматизация промышленных установок. Том 6, 1978, 58-61 (прототип).

t,

Фиг. 2