EA003109B1 - Устройство для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области автоматики и электротехники и может быть использовано для многорежимного управления трехфазными шаговыми двигателями с активными, пассивными и гибридными роторами в электрических приводах исполнительных механизмов роботов, станков с программным управлением и периферийных устройств вычислительных машин. Цель изобретения - повышение надежности работы и технологичности изготовления, а также расширение эксплуатационных возможностей устройства путем замены механических переключателей логическими элементами 2И-2И-ИЛИ с четырьмя шинами задания режима коммутации фаз. Устройство содержит первый V1 и второй V2 источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания логической части Vcc, первую 1.1-1.3 и вторую 2.1-2.3 группы усилителей мощности, первую 3.1-3.3 и вторую 4.1-4.3 группы мультиплексоров, счетчик импульсов 5, элементы И-НЕ6 и ИЛИ-НЕ7. Для достижения цели в него дополнительно введены первый 8 и второй 9 логические элементы 2И-2И-ИЛИ с четырьмя шинами У1-У4 задания режима коммутации фаз. Предлагаемое устройство в общей сложности обеспечивает 27 различных режимов коммутации фаз (6 однополярных и 7 двухполярных - при включении фаз к усилителям мощности по схеме "звезда" с общей нулевой точкой, 7 двухполярных - по схеме "звезда" без общей нулевой точки и 7 двухполярных - по схеме "треугольник").

Description

Изобретение относится к области автоматики и электротехники и может быть использовано для управления трехфазными шаговыми двигателями с активными, пассивными и гибридными роторами в электрических приводах исполнительных механизмов роботов, станков с программным управлением и периферийных устройств вычислительных машин.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее в случае управления трехфазным шаговым двигателем три мультиплексора, три усилителя мощности, источник сигналов управления, реверсивный двоичный счетчик импульсов, логический элемент 2ИЛИ и шины задания режима коммутации фаз двигателя [1].

Недостатком этого устройства является ограниченность функциональных возможностей, заключающаяся в обеспечении только однополярных режимов коммутации фаз шагового двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания логической части, четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик импульсов с входными шинами реверсирования, тактирования и установки в исходное состояние, первую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания положительной полярности, вторую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности второй группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания отрицательной полярности, первую и вторую шины стробирования, соединенные соответственно со стробирующими входами первой и второй групп мультиплексоров, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого разрядов двоичного счетчика. В нем фазные обмотки шагового двигателя подключены к средним точкам соединения соответствующих пар усилителей мощности первой и второй групп, образующих попарно полумосты. Кроме того, это устройство содержит логический элемент И-НЕ, выход которого соединен с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы, второй, третий и первый информационные входы которых подключены к нулевой шине источников питания устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров второй группы, первый, второй и третий информационные входы которых подключены к общей нулевой шине источников питания устройства [2].

Недостатками этого устройства являются низкая надежность, нетехнологичность при изготовлении в виде монолитной микросхемы средней или большой интеграции, узкие эксплуатационные возможности при работе от компьютера или же от любого логического блока управления. Эти недостатки обусловлены использованием в нем двух трехпозиционных механических переключателей для задания и изменения режимов коммутации фаз шагового двигателя.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы, повышение технологичности изготовления и расширение эксплуатационных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем дополнительно введены первый и второй логические элементы 2И-2И-ИЛИ и четыре шины задания режима работы устройства. Причем первые входы первых элементов 2И первого и второго элементов 2И-2И-ИЛИ подключены к шине питания источника логических элементов устройства, а вторые входы - соответственно к первой и второй шинам задания режима, первые входы вторых элементов 2И первого и второго элементов 2И-2И-ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов счетчика, а вторые входы - соответственно с третьей и четвертой шинами задания режима. Выход первого элемента 2И-2И-ИЛИ соединен с первыми входами элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ, выход второго элемента 2И-2И-ИЛИ соединен со вторыми входами элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ и одновременно с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2-5 - схемы соединения фаз двигателя к усилителям мощности соответственно в виде звезды с нулевой и без нулевой общей точки, а также в виде треугольника, соответствующие им номограммы электрических положений векторов результирующих моментов двигателя, таблицы управления и режимов коммутации фаз.

Устройство содержит (фиг. 1) первый +У1 и второй -У2 источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания Усс логической части устройства, первую и вторую группы усилителей мощности 1.11.3 и 2.2-2.3, первую и вторую группы мультиплексоров 3.1-3.3 и 4.1-4.3, с соответствующими шинами стробирования Еп1 и Еп2, черырехразрядный двоичный реверсивный счетчик 5 с мо дулем пересчета Кп=12, логический элемент ИНЕ6, логический элемент ИЛИ-НЕ7, первый и второй логические элементы 2И-2И-ИЛИ8,9 и шины управления режимом коммутации фаз У1У4.

Устройство работает следующим образом.

Перед созданием каждого из возможных режимов коммутации фаз трехфазного шагового двигателя двоичный счетчик 5 по входу Я устанавливается в нулевое исходное логическое состояние.

В зависимости от требуемого направления вращения двигателя к шине ЭГЯ счетчика 5 прикладывается нулевой или единичный логический уровень потенциала. В зависимости от требуемого режима коммутации фаз к шинам задания режима У1-У4 и к шинам стробирования Еп1 и Еп2 прикладываются соответствующие логические уровни потенциалов (см. табл. 1-4).

Режимы однополярной коммутации фаз (фиг. 1, 2) создаются при приложении 1 уровня потенциала к шине стробирования одной из групп мультиплексоров и 0 уровня потенциала к шине стробирования другой группы мультиплексоров. При этом на выходах тех мультиплексоров, к входам стробирования которых приложены 1 потенциалы, возникают нулевые потенциалы, которые поддерживают соответствующие три усилителя мощности в постоянно запертых (отключенных) состояниях. Это приводит к работе остальных трех усилителей мощности только от одного из источников питания силовой части и в результате - к протеканию фазных токов через обмотки управления двигателя только в одном направлении. Режимы и поочередность переключения фаз при однополярном управлении создается, как видно из табл. 1, в зависимости от приложенных к шинам управления У1-У4 и Еп1, Еп2 соответствующих логических уровней потенциалов.

Однополярные режимы переключения фаз возможны только лишь при включении фаз к усилителям мощности по схеме звезды с нулевой общей точкой (фиг. 2).

По этой же схеме включения (но при других управляющих потенциалах на шинах У1У4) возможны также двухполярные режимы коммутации фаз двигателя (фиг. 3 и табл. 2). Они создаются при приложении нулевых потенциалов к обеим стробирующим шинам Еп1 и Еп2 мультиплексоров.

Благодаря этому все мультиплексоры, а также все усилители мощности обеих групп и оба источника питания силовой части принимают участие в формировании двухполярных режимов коммутации фаз (фиг. 3, табл. 2).

Двухполярные режимы коммутации фаз двигателя обеспечиваются предлагаемым устройством также при соединении фаз по схеме звезды без нулевой общей точки (фиг. 4 и табл. 3) и по схеме треугольник (фиг. 5, табл. 4).

Особенности двух последних групп двухполярных режимов заключаются в том, что коммутируемые фазы двигателя находятся под суммарным напряжением обеих источников питания силовой части +У1 и -У2. Это приводит к соответствующему увеличению фазных токов и, следовательно, модулей результирующих моментов (см. номограммы на фиг. 4 и 5). Во избежание повышения при этих режимах номинально допустимых фазных токов величины напряжений источников питания силовой части +У1 и -У2 должны быть соответствующим образом уменьшены или же один из них должен быть отключен, а соответствующая ему шина питания должна быть соединена с общей нулевой шиной устройства. В связи с тем, что мультиплексоры 3 и 4 управляются от 3-го и 4-го разрядов счетчика 5, а их определенные информационные входы через логические элементы 69 подключаются к постоянным (нулевым или единичным) уровням потенциалов или же к выходам 1-го и 2-го разрядов этого же счетчика 5, то смена их выходных потенциалов и соответствующие переключения усилителей мощности и фазных обмоток двигателя в 12-тактных режимах коммутации происходят при поступлении каждого тактирующего импульса на вход Т счетчика 5, в 6-тактных режимах - через один импульс, а в 3-тактных режимах - через три импульса. В каждом из этих режимов работы устройства после 12 тактов счетчик 5 благодаря своей внутренней логической структуре автоматически обнуляется.

Обратные порядки коммутации фаз шагового двигателя обеспечиваются аналогично. Реверсирование производится изменением направления пересчета счетчиком 5 (с помощью изменения потенциала на его шине Э1Я).

Таким образом, предлагаемое устройство для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем выгодно отличается от известных аналогичных устройств тем, что обеспечивает в общей сложности 27 различных режимов коммутации фаз (6 однополярных и 7 двуполярных - при включении фаз по схеме звезда с общей нулевой точкой, 7 двухполярных - по схеме звезда без общей нулевой точки и 7 двухполярных - по схеме треугольник).

Кроме того, оно имеет высокую надежность работы, высокую технологичность при изготовлении и широкие эксплуатационные возможности.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Устройство для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания логической части, четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик импульсов со входными шинами тактирования, реверсирования и установки в исходное состояние, первую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания положительной полярности, вторую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности второй группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания отрицательной полярности, первую и вторую шины стробирования, соединенные соответственно со стробирующими входами первой и второй групп мультиплексоров, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого разрядов двоичного счетчика, фазные обмотки шагового двигателя подключены к средним точкам соединения соответствующих усилителей мощности первой и второй групп, образующих попарно полумосты, элемент И-НЕ, выход которого соединен с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно первого,

   Таблица 1 второго и третьего мультиплексоров первой группы, второй, третий и первый информационные входы которых подключены к общей нулевой шине источников питания устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров второй группы, первый, второй и третий информационные входы которых подключены к общей нулевой шине источников питания устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый и второй логические элементы 2И2И-ИЛИ и четыре шины задания режима работы устройства, причем первые входы первых элементов 2И первого и второго элементов 2И-2ИИЛИ подключены к шине питания логических элементов устройства, а вторые входы - соответственно к первой и второй шинам задания режима, первые входы вторых элементов 2И первого и второго элементов 2И-2И-ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов счетчика, а вторые входы соответственно с третьей и четвертой шинами задания режима, выход первого элемента 2И2И-ИЛИ соединен с первыми входами элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ, а выход второго элемента 2И-2И-ИЛИ соединен со вторыми входами элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и одновременно с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы.