PL93486B1 - - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 30.12,1977 93 486 MKP H02p 7/00 Int. Cl.* H02P 8/0€ CZYTELNIA Urzedu Patentowego | W Twórcy wynalazku: Janusz Mirowski, Stanislaw Bielawski Uprawniany z patentu: Instytut Organizacji i Kierowania Polskiej Aka¬ demii Nauk i Ministerstwa Nauki, Szkolnictwa Wyzszego i Techniki, Warszawa (Polska) Sposób i komutator elektroniczny do zasilania i sterowania silnika skokowego Przedlmltoitem wynalazku* jest sposób i komuta¬ tor elektroniczny do zasilania i starowania silni¬ ka skokowego.

Wlasciwosci dynamiczne, decydujace o dzialaniu ukladu z silnikiem skokowym w znacznym stopniu zaleza od szybkosci przebiegów procesów elektro¬ magnetycznych w silniku. Szybkosc ta ogranicza robocze zakresy zarówno czestotliwosci skoków jak i rozwijanych momentów obrotowych silnika. Dla¬ tego celowe jest stosowanie odpowiednich, elektro¬ nicznych ukladów sterowania silnika skokowego korygujacych jego dynamike i forsujacych stany przejsciowe.

W dotychczas stosowanych komutatorach elek¬ tronicznych wykorzystuje sie do poprawy dyna¬ miki silnika skokowego forsowanie rezystancyjne, impulsowe oraz stabilizacje pradowa.

Forsowanie rezystancyjne posiada szereg wad, z których najwazniejsza to stosunkowo niewielkie powiekszenie zakresu czestotliwosci i wartosci roz¬ wijanych momentów obrotowych silnika skokowe¬ go. Ponadto w przypadku rezystancyjnego forso¬ wania opadania praidu wystepuja duze przepiecia na elemencie przelaczajacyim wzmacniacza mocy, co w polaczeniu z podwyzszonym napieciem zasi¬ lajacym ogranicza wielkosc forsowania. Dalsza wa¬ da ukladów z forsowaniem rezystancyjnym sa stra¬ ty na rezysitancji forsujacej ograniczajace zasto¬ sowanie tych ukladów do sMmlików skokowych o malym momencie obrofoolwytm.

Uklady z forsowaniem impulsowym dzialaja zwy¬ kle na zasadzie zwierania w czasie forsowania do¬ datkowej rezystancji szeregowej. Ich zastosowa¬ nie jest równiez ograniczone ze wzgledu na stira- ty mocy i spadki napiecia na rezystancji dodat¬ kowej.

Stabilizacja pradowa wymaga bardziej skompli¬ kowanych ukladów elektronicznych, których sto¬ sowanie nie zawsze jest uzasadnione.

Celem wynalazku jesit opracowanie sposobu za¬ silania i sterowania silnika skokowego oraz ko¬ mutatora elektronicznego, pozbawionych wad zna¬ nych rozwiazan i zapewniajacych uzyskanie do¬ brych parametrów dynamicznych ukladów nape¬ dowych z silnikami skokowymi.

Gel ten osiagnieto przez opracowanie sposobu zasilania i sterowania silnika skokowego1, którego isjtota polega na tym, ze ksztaltuje sie narastanie • pradu poprzez przykladanie do uzwojenia fazo¬ wego, osobno iw kazdej fazie silnika, napieciowego impulsu forsujacego o czasie trwania zaleznym od parametrów silnika i przyj eitiego wspólczynnika for¬ sowania. Nastepnie, utrzymuje sie stala wartosc napiecia roboczego az do' momenitu, w którym zgodnie z zalozonym algorytmem sterowania, do¬ konuje sie zmiany napiecia. na wartosc powodu¬ jaca forsowne opadanie* pradiu w rozpatrywanej fazie silnika. Dalej, utrzymuje sie w kopcowej cze¬ sci okresu wartosc zerowa pradu. Momenty cza¬ sowe zmian napiecia przykladanego do poszczegól- 93 48693 486 t ' * nych uzwojen fazowych silnika przesuwa sie ko¬ lejno o czesc okresu napiejcia wynikajaca z cyklu sterowania.

Komuitaltoa: elektroniczny do wykonywania spo¬ sobu wedlug wynalazku jako istotna ceche ma to, ze rozdzielacz impulsów ma dwa zespoly przela¬ czajace, z których kazdy zespól przelaczajacy za¬ wiera diwa parzerzufcniki o jednym wejsciu 'taktu¬ jacym, jednym lufo diwu wejsciach informacyjnych oraz dwu wyjsciach, wzajemnie zanegowanych.

Piraeraufaiski pierwszego zespolu przelaczajacego maja jedno wejscie bedace wejsciem informacyj¬ nym, dolaczone do zródla sygnalu kierunku albo przez element logiczny typu „NIE" do zródla sy¬ gnalu kierunku. Drugie wejscie dolaczone jesit do zródla impulsów sterujacych, zas wyjscia obu prze- rzu/bnikóiw imaja odczepy z elementem logicznym typu „I-INIE". Wyjscie zanegowane pirzerzulbnika ma ponadto polaczenie z wejsciem informacyjnym przerzu&nikójw drugiego zespolu przelaczajacego.

-Wejscie sterujace kazdego z przeitzuitników drugie¬ go zespolu przelaczajacego ma polaczenie ze zród¬ lem impulsów sterujacych poprzez element lo¬ giczny typu „NIE", a wyjscia tych przerzultników polaczone sa z wejsciami elementów logicznych typu „NIE" bedacych na odczepach wyjsc prze- rzutników pierwszego zespolu przelaczajacego.

Wyjscia przerzutników z pierwszego zespolu przelaczajacego wraz z wyjtomi elemen/tów lo¬ gicznych typu „I-ME" stanowia wyjscia faz i kazde z nich poprzez przedwzmapniacze dolaczone sa do tranzystorowego wzmacniacza mocy. Tranzy¬ storowy wzmacniacz mocy ma dwie dodaitkowe szyny, a mllanioiwlicie dodatkowego napiecia zajsila- jacego dla zrealizowania forsowania opadania i dodatkowego napiecia zasilajacego dla zrealizowa¬ nia forsowania narastania pradu.

Wzmacniacz mocy ma jeden typowy tranzystoro¬ wy wzmacniacz mocy wlaczony baza do jednego wyjscia przerzutnika pierwszego zespolu przelacza¬ jacego. Wzmacniacz mocy dolaczony jest bezpo¬ srednio emiterem do zerowej szyny napiecia ro¬ boczego i kodekltorem poprzez diode oraz uzwojenie fazowe do zródla napiecia roboczego, a takze do dodatkowego napiecia zasilajacego dla forsowa¬ nia opadania pradu poprzez wspomniana diode i diode tlumiaca. Punkt wspólny uzwojenia fazowe¬ go i obu diod dolaczony jest do kolektora pierw¬ szego tranzystora wzmacniacza mocy forsowania.

Zbudowany jest on na dlwu tranzystorach, z któ¬ rych pierwszy ma ponadto emiter dolaczony do. dódaltkowego napiecia zasilajacego dla forsowania narastania pradu, a baze miedzy dwa rezystory poprzez które wlaczony jest kolektor drugiego tran¬ zystora do dodaltkowegoi napiecia zasilajacego dla forsowania narastania pradu, a którego emiter do¬ laczony jest do napiecia roboczego, zas baza po¬ przez przedwzmacniacz mocy do wyjscia elementu logicznego typu „H-NIIE" znajdujacego sie na od¬ czepie wyjscia pierwszego B?espolu przelaczajacego.

Wynalazek pozwala na zasilanie faz silnika na¬ pieciem o okreslonym ksztalcie, przy czym am¬ plituda 'impulsów forsujacyich ograniczona jest tyl- ko> wytrzymaloscia napieciowa elementów pólprze¬ wodnikowych wzmacniacza mocy. Do generowania impulsów sterujacych czesc forsujaca wzhiactiia- cza mocy wykorzystano w rozdzielaczu impullsów diwa zespoly przelaczajace pracujace z oknes/lonym wzajemnym opóznieniem* wynikajacym z przyje¬ tych warunków forsowania, przy czyim moga to byc przerzutniki dowolnego typu posiadajace jed¬ no wejscie taktujace, jedno lub dwa"wejscia in¬ formacyjne i d/wa wyjscia wzajemnie zanegowa¬ ne.

Elektroniczny komutator wedlug wjtrralazku u- moefliwaa zasilanie i sterowanie czterofazowego sil¬ nika skokowego nawet w niekorzystnym z punktu widzenia budowy komutatora przypadku polacze¬ nia uzwojen silnika skokowego w gwiazde z wy- prowadzonyim wspólnym przewodem. ,; „.

Wynadazek umozJliwia ksztaltowanie; przeÓiegu pradów w uzwojeniach fazowych siiLnika skokowe¬ go, przez co uzyskuje sie przebiegi pradów zbli¬ zone do prostokatnych. Dzieki temu otrzymuje sie znaczna poprawe charakterystyk silnika skokowe¬ go zarówno pod wzgledem imomanltów jak i cze¬ stotliwosci rozruchowych i .roboczych.

Dalsza zaleta wynalazku jest poprawienie spra¬ wnosci ukladu napedowego przez zapewnienie szybkiego mairastamia pradu bez strat oraz szybkie¬ go opadania pradu z ewentualnymi czesciojwym zwrotem energii pola do zródla przeciwnajpiecia.

Pozwala to na zastosowanie wynalazku do silników skokowych dowolniej miocy.

Inna zaleta omawianego wynailaztou jest stala wartosc przepiecia na elementach przelaczajacych wzmacniacza mocy.

Szczególowo przedmiot, wynalazku jest omówio¬ ny ponizej z wykorzystaniem rysunku, którego fig. 1 przedstawia rozdzielacz impullsów, fig. 2 — wzmacniacz mocy dla pojedynczej fazy, fig. 3 — odpowiednie cykiogramy napieciowych impulsów wyjsciowych dla kazdej fazy rozdzielacza impul¬ sów, fig. 4 — napiecia we iwszyistkich fazach sil¬ nika skokowego.

Przedstawiony na fig. 1 rozdzielacz impulsów przeksztalca ciag prostokatnych impulsów steruja¬ cych w czterofazowy system impullsów umozliiwia- jacych kolejne wzbudzanie dwóch sasiednich uz¬ wojen fazowych sfifonika skokowego. Impulsy ste¬ rujace charakteryzuja sie stalym czasem fcnwania dobieranym w zaleznosci od przyjetych warunków forsowania. Impulsy Wyjsciowe rozdzielacza im- puilfców slteruja stopien mocy komutatora. Do faz wzmacniacza mófcy sa doprowadzone diwa ciagi impulsów, a mianowicie impulsy podstawowe Av Aj, Bl9 B± oraz impulsy forsujace A* *A4; Bg, B4.

Do wytiworzenia tych impulsów wykorzystano ze¬ spoly przelaczajace Fx—P3 oraz Par-P4 pracujace na zasadzie liczników kolowych. Dla uzyskania za¬ danej komutacji wykorzystane sa oba wyjscia prze¬ rzutników Pj, Pa, przy czym zastosowany moze byc dowolny typ przerzutników posiadajacych je¬ dno lub dwa wejscia informacyjne, jedno wejscie 50 taktujace oraz dwa wyjscia wzajemnie zanegowa¬ ne. Zródlem impulsów podstawowych sa przerzut¬ niki Pj, P3. Kolejnosc ich pracy odpowiadajaca wybranemu kierunkowi obrotów silnika jest ste¬ rowana sygnalem kierunku P/L poprzez elementy •5 logiczne 5, 6, 7. 40 45 50• % 5 Zródlem impulsów forsujacych sa przerzutniki P^ P4 oraz elementy ¦ logiczne 9, 10, 11, 12. Kolej¬ nosc pracy przer&utnikolw }(& Va jest okreslona sta¬ nem logicznym wyjsc przerzutników Pi, Pa. Dzie¬ ki sterowaniu zespolów przelaczajacych Pi—Pa ot * oraz P2-^P4 dwoma ciagami imjpulsów sterujacych i uzyskano przesuniecie czasowe impulsów A2, A^ B2 BL wzgledem impulsów podstawowych Alf Alt Blt Blt jak to> przedstawiono na fig. 3. Talki spo- u sób sterowania przerzutników pozwala za pomo¬ ca elementów 9, 10, 11, 12 na wygenerowanie im¬ pulsów forsujacych w kazdej fazie. _ s .:, ; Na fig. 2 przedstawiono pojedyncza faze wzmac7 niacza mocy. W czesicd glównej wzmacniacza wy- ls stepuje tranzystor T± sterowany impulsami pod¬ stawowymi z przedwzmacniacza mocy 13. W cze¬ sci forsujacej wzmacniacza mocy WMf wystepuje tranzystor T2 sterowany impulsami forsujacymi z przedwzmacniacza mocy 14. Ze wzgledu na rózne ^ potencjaly emiterów tranzystorów TA i 1\ oraz rozdzielacza impulsów odpowiadajacych stanowi lo¬ gicznemu „O" konieczne jest wprowadzenie w ob¬ wodzie forsujacym wzmacniacza mocy tranzystora dodatkowego Ta. Dioda DA w czasie forsowania 25 jest spolaryzowana ujemnie blokujac w ten spo¬ sób obwód glówny wzmacniacza mocy. Dioda roz¬ ladowcza D2 jest wlaczona w obwodzie forsowa¬ nia opadania prajdu, przy czym jej biegunowosc jest przeciwna do biegunowosci zródla pradu sta- 30 lego. : C Przedstawione rozwiazanie komutatora elektror nicznego pozwala na uzyskanie w kazdej fazie sil¬ nika skokowego przebiegów napieciowych jak po¬ kazano na fig. 4, a tym samym przebiegów pra- ^ dowych zblizonych do prostokatnych.

Kierunek obrotów silnika skokowego nastawig; sie sygnalem P/L. Sygnal ten i jego negacja po¬ przez element 5 odblokowuja jeden z d^óch ob¬ wodów logicznych elementów 6 i 7. Elementy~io- ' ^ giczne 6, 7 steruja wejscia informacyjne D prze¬ rzutników P^ Pa zapewniajac ich prace w zam¬ knietym cyklu zliczania. Sygnaly wyjsciowe prze-, rzutników Pt, P$ steruja wejscia informacyjne D ; przerzutników P^ P4. Zmiana stanu przeraujtni- J 4g ków Pj, Pg nastepuje pod wplywem sygnalu ste¬ rujacego Ts a przerzutników P2, P4 — pod wply¬ wem sygnalu negacji Ts z elementu 8. Na wyj¬ sciu obu zespolów przelaczajacych Px—Pa oraz P2—P4 otrzymujemy czterofazowe ciagi impulsów 50 Aj, Alf B1} Bj i A2, A2, B2, B2 (fig. 3) wzajemnie przesuniete o czas forsowania. Impulsy te poda¬ ne na elementy logiczne 9, 10, 11, 12 powoduja ge¬ nerowanie czterofazowego ciagu sterujacych impul¬ sów forsujacych A3, A4, B3S B4. Pary impulsów 55 A1? Aa, Alf A4; B^ Ba, Bl9 B4 steruja poszczególny¬ mi fazami wzmacniacza mocy, wprowadzajac w stan nasycenia tranzystory T± i T2. Nasycony tran¬ zystor T2 spolaryzuje ujemnie diode ^ zalaczajac uzwojenie fazowe 1 na napiecie znacznie wieksze °9 niz to wynika z warunków pradu ustalonego przy napieciu roboczym silnika, forsujace przebieg na¬ rastania pradu. Po uplywie zalozonego czasu for- sowainia tranzystor T2 zostaje zablokowany dzieki czemu uzwojenie fazowe 1 poprzez tranzystor Tt 65 6 zalaczone zostaje na' napijcie robocze • silnotka. W momencie zablokowania Axnr£fstot^ Tti na ttówoje- me fazowe 1 jest do^ii>wadzony priiz- diode D2 impulis napiecia przeciwnego- 'znakii, forujac ffon samym opadapie prajdu. '¦¦:>-> .¦...,»>..¦-¦,;:'¦.¦:• • '

Claims (2)

Zastrzezenia pateh*bow%5

1. Sposób zasitenifr i^stemwaniaj sttoijfea skoko¬ wego^ polegajacy.; aa ksataJtowafciu prfcebiGgto pra¬ dów w uzwojeniach ^azow^ch^ silniki tifeoteowegó* znamienity tyM) ie przytolada ! sie w^ kazdej fazie silnika napieciowy impuls ^orsia}*^** cza&€f ti?w&- nia zaleznyim oti !0|irameltT6w(;iiito!ika i przyjetego wspólczynnika forsowania, a nastepnie utrzymuje sie stala wartosc napiecia roboczego az do momen¬ tu w którym zgodnie z zalozonym algorytmem ste¬ rowania dokonuje sie zmiany napiecia na wartosc powodujaca forsowne opadanie pradu w rozpatry¬ wanej fazie silnika, i dalej utrzymuje sie w kon- z cowej czesci okresu wartosc zerowa pradu, przy czym momenty czasowe zmian napiecia przyklada¬ nego do poszczególnych uzwojen fazowych silnika przesuwa sie kolejno o czesc okresu napiecia wy¬ nikajaca z cyklu sterowania.

2. Komutator elektroniczny do zasilania i stero¬ wania silnika skokowego, znamienny tym, ze roz¬ dzielacz impulsów ma dwa zespoly przelaczajace (Pi—Pa i *2—YA), z których kazdy zespól przela¬ czajacy (Pj—Pa i P2—P4) zawiera dwa przerzutmi- ki o jednym wejsciu taktujacym, jednym lufo dwu wejsciach informacyjnych oraz dwu wyjsciach wza¬ jemnie zanegowanych, gdzie przerzutniki (Fx i P4) pierwszego zespolu przelaczajacego (P!—P3) maja jedno wejscie bedace wejsciem informacyjnym do¬ laczone poprzez element lojgiczny typu „L-LUB-lNIE" (6 i 7) bezposrednio do zródla sygnalu kierunku (P/L) albo poprzez element logiczny typu „NIE" (5) do zródla sygnalu kierunku (P/L), a drugie wejscie bedace wejsciem sterujacym dolaczone jest do zródla impulsów sterujacych, zas wyjscia (Aj i Aj oraz Bx i Bt) obu przerzutników (Pj i P^) ma¬ ja odczepy z elementem logicznym typu „I-iNIE" (9, 10, 11, 12), a wyjscie zanegowane ponadto polaczenie z wejsciem informacyjnym (D) przerzutników (P2 i P4) drugiego zespolu przela¬ czajacego (P2—P4), zas wejscie sterujace (T) ma polaczenie ze zródlem impulsów sterujacych poprzez element logiczny typu „NIE" (8), a wyjscia (A2 i A2 oraz B2 i B2) tyeji przerzutników (P2 i P4) po¬ laczone sa z weijsjclami (A2 i A2, B2 i B^ elemen¬ tów logicznych typu „I-ME" (9, 10, 11, 12), beda¬ cych na odczepach wyjsc przerzutników (P± i P3) pierwszego zespolu przelaczajacego (Pi—P3), przy czym wyjscia przerzutników (Pj i PJ z pierwszego zespolu przelaczajacego iP±—Pj), ;wraz z wyjscia¬ mi elementów logicznych typu „I-NIE" (9, 10, 11, 12) stanowia wyjscia faz i kazde z nich poprzez przedwzmacniacze (13 i 14)' dolaczone sa do tran¬ zystorowego wzmacniacza mocy, który ma dwie dodatkowe szyny (DNZA i DNZg), a mianowicie do¬ datkowego napiecia zasilajacego (DNZg) dla zrea¬ lizowania forsowania opadania i dodatkowego na¬ piecia zasilajacego (DNZX) dla zrealizowania f<3|i0*93 486 wania pradu i który to wzmacniacz mocy ma je¬ den tranzystor mocy go wyjscia (At) przerauftmfilka (P^ pierwszego zes¬ polu przelaczajacego (Pj—P*) i który to tranzystor (T4) dolaczony jest bezposrednio emiterem do ze¬ rowej szyny napiecia roboczego i kolektorem po¬ przez diode (DJ oraz uzwojenie fazowe (1) do zródla napiecia roboczego (NR), a takze do dodat¬ kowego napiecia zasilajacego (DNZ^) dla forsowa¬ nia opadania pradu poprzez wspomniana diode (Dx) i diode tlumiaca wojenia fazowego (1) i obu diod (DA i Ds) dola¬ czony jest do kolektora pierwszego tranzystora (T2) wzmacniacza mocy forsowania (WMf) zbudowane¬ go na dwu tranzystorach (T2 i T3) z których pierw¬ szy (T2) ma ponadto emiter dolaczony do dodat¬ kowego napiecia zasilajacego (ONZ^ dla forsowa¬ nia narastania pradu a baze miedzy dwa rezysto¬ ry poprzez które wlaczony jest kolektor drugiego tranzystora (T3) do dodaltkowego napiecia zasilaja¬ cego , a którego emiter dolaczony jest do napiecia roboczego (NR) zas baza poprzez pi^ed- wzmacniacz (14) do wyjscia (A3) elementu logicz¬ nego typu „I-iNIE" (9) znajdujacego sie na odcze¬ pie wyjscia pierwszego zespolu przelaczajacego (Pi—P3), które jest polaczone z baza tranzystora (Ti). FIG. 19*486 DNZ5 FIG. 2 A, J 1 A2~1 ^ A3U Ri B2 B3 A,T A2_T A4 B, R D2 B4 J L U ~l I ~ r ¦ _i L U I I J I U I L U ~| 1 1 L U 1 1 "1 1 1 L U FIG. 393 48C 1 J Lr n s Lr FI6. 4 LZG Z-d Nr 2 — })96/77 130 egz. form. A-4 Cena 10 zl