SU1541754A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с волновым шаговым двигателем. Цель изобретени  - состоит в повышении КПД. При поступлении очередного импульса управлени  F_у происходит переключение фаз 8 двигател . Энерги , запасенна  в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через диод 6 на конденсатор 9. При этом ток, протекающий в фазной обмотке, уменьшаетс , тогда как напр жение на конденсаторе 9 растет. По окончании процесса зар да конденсатора 9 осуществл етс  его разр д на отключаемую фазу 9 через вспомогательный ключевой элемент 5. При этом ток протекает в отключаемой фазе в направлении, противоположном направлению включени  источника 2 питани . Это позвол ет уменьшить остаточный магнитный поток, вследствие чего уменьшаютс  электромагнитные силы, преп тствующие перемещению ротора в новое фиксированное положение. 3 ил.

Description

(21)4419/52/24-07

(22)03.05.83

(46) 07.02.90. Бкш. № 5 (73) Ленинградский кораблестроительный институт

(72) С.М.Дерипаске, В.И.Саввин и А.П.Сеньков

(53)621.313.525(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1166258, кл. Н 02 Р 8/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 944051, кл. Н 02 Р 8/00, 1982.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57)Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с волновым шаговым двигателем. Цель изобретени  состоит в повышении КПД. При поступлении очередного импульса управлени  fy происходит переключение фаз 8 двигател . Энерги , запасенна  в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через диод 6 на конденсатор 9. При этом ток, протекающий в фазной обмотке, уменьшаетс , тогда как напр жение на конденсаторе 9 растет, По окончании процесса зар да конденсатора 9 осуществл етс  его разр д на отключаемую фазу 8 через вспомогательный ключевой элемент 5. При этом ток протекает в отключаемой фазе в . направлении, противоположном направлению включени  источника 2 питани . Это позвол ет уменьшить остаточный магнитный поток, вследствие чего уменьшаютс  электромагнитные силы, преп тствующие перемещению ротора в новое фиксированное положение, 3 ил. ,

СО

ь

сд

ч1

СП

-U

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к управлению шаговыми двигател ми, преимущественно волновыми (ВШД), и может быть использовано в дискретных системах автоматического управлени .

Цель изобретени  - повышение КПД.

На фиг. 1 приведена функциональна  Схема устройства применительно к четыре хфазному ЗШД; на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 - Ьрипцичиальна  схема блока совпадени .

Устройство (фиг, 1) содержит рас- .рределитель 1 импульсов, источник 2 питани , функциональный преобразователь 3 частота - длительность, вход .которого соединен с тактовым эходом распределител  1 импульсов, многокаальнын усилитель мощности, каждый канал которого включает в себ  основной ключевой элемент 4, управл ющий вход которого соединен с выходом рас- 25 пределител  1 импульсов, вспомогательный ключевой элемент 5, диод 6, дополнительный диод.7, который соедин ет общую шину источника 2 питани  с точкой соединени  фазы 3 двигател  с основным ключевым элементом 4, котора  через соединенные встречно-параллельно диод 6 и вспомогательный

ключевой элемент 5 соединена с об20

30

кладкой конденсатора 9. Друга  обклад- тельность импульсов Ug увеличиваетс 

ка конденсатора 9 соединена с общей точкой соединени  фазных обмоток 8 двигател  и с источником 2 питании, Управл ющие входы вспомогательных ключевых элементов 5 соединены с вы- 40 ходами логических элементов И 10, первые входы которых соединены с выходом функционального преобразовател  3, Вторые входы логических элементов И 10 соединены с выходами блока 45 11 совпадени . Входы последнего соединены с выходами и входами направлени  распределител  1 импульсов.

В качестве функционального преобт- разовател  3 может быть использовано устройство, состо щее из преобразовател  частота - код и преобразовател  код - длительность.

V4.

фиг. 2).

Импульсы напр жени  U5 поступают на первые входы логических элементов И 10, на вторые входы которых поступают напр жени  выходов блока 11 сов падени .

На одном из выходов блока 11 совпадени  в зависимости от состо ни  распределител  1 импульсов и в зависимости от направлени  вращени  двигател  формируетс  сигнал единичного уровн , поступающий на второй вход соответствующего элемента И 10, кото рый в этом случае пропускает импульс напр жени  U5 на управл ющий вход вспомогательного ключевого элемента (например, транзистора). На фиг. 2 приведены напр жени  U f5, U1S, U1T ,

На одном из выходов блока 11 совпадени  в зависимости от состо ни  распределител  1 импульсов и в зависимости от направлени  вращени  двигател  формируетс  сигнал единичного уровн , поступающий на второй вход соответствующего элемента И 10, который в этом случае пропускает импульс напр жени  U5 на управл ющий вход вспомогательного ключевого элемента 5 (например, транзистора). На фиг. 2 приведены напр жени  U f5, U1S, U1T ,

U

fs

на выходах логических элементов

Блок Il (фиг. 3) содержит четыре

элемента И 12, попарно св занных вхо-И 10. Вспомогательный ключевой эледами с выходами распределител  1 им-мент 5 включен встречно-параллельно

пульсов, а выходами - с входами восъ-с соответствующим диодом 6, соедин юми элементов И 13, другие входы кото-щим обмотку отключаемой фазы 8 с кон- рых соединены с входами направлени 

денсатором 9.

5

5

движени  распределител  1 импульсов, а выходы - с входами четырех элемен- тов ИЛИ 14, выходы которых соединены с управл ющими входами вспомогательных ключевых элементов 5.

Состо ни  блока 11 приведены в таблице.

Устройство работает следующим образом .

Рассмотрим работу устройства на примере четырехфазного ВШД при паоно симметричной системе коммутации фаз.

Импульсы управлени  fy (фиг. 2) поступают на вход распределител  1 импульсов, на выходах которого формируетс  последовательность пр моугольных напр жений U,, , UJt U4 (фиг. 2). Данна  диаграмма иллюстри- 0 РУет случай, когда двигатель осуществл ет движение вперед, т.е. на входе В присутствует сигнал единичного уровн , а на входе И присутствует сигнал нулевого уровн , которые поступают на управл ющие входы основных ключевых элементов 4.

Импульсы управлени  5„ поступают также на вход функционального преобразовател  3, формирующего на выходе 0 импульсы напр жени  Uy (фиг. 2), длительность которых измен етс  в функции от частоты управл ющих импульсов fy, причем с увеличением частоты управл ющих импульсов f- длительность импульсов Ug увеличиваетс 

V4.

фиг. 2).

Импульсы напр жени  U5 поступают на первые входы логических элементов И 10, на вторые входы которых поступают напр жени  выходов блока 11 совпадени .

На одном из выходов блока 11 совпадени  в зависимости от состо ни  распределител  1 импульсов и в зависимости от направлени  вращени  двигател  формируетс  сигнал единичного уровн , поступающий на второй вход соответствующего элемента И 10, который в этом случае пропускает импульс напр жени  U5 на управл ющий вход вспомогательного ключевого элемента (например, транзистора). На фиг. 2 приведены напр жени  U f5, U1S, U1T ,

U

fs

на выходах логических элементов

И 10. Вспомогательный ключевой элещим обмотку от

денсатором 9.

В момент поступлени  очередного импульса управлени  (фиг. 2, момент времени t1), происходит переключение фаз 8 двигател . Энерги , запасенна  в магнитном поле отключаемой фазы 8, поступает через соответствующий диод 6 на конденсатор 9. Ток, протекающий в контуре, состо щем из фазной обмотки 3 и конденсатора 9, уменьшаетс  (1Ф4, длительность времени С,, фиг. 2) тогда как напр жение на конденсаторе 9 растет. Характер фронта спадани  тока в фазе во многом зависит от величины активного сопротивлени  фазы и может отличатьс  от фронта, изображенного на фиг. 2 (1«р4 ). При увеличении активного сопротивлени  фазы фронт спадани  тока может измен ть наклон.

По окончании длительности С, спадани  тока I ф 4 отключаемой фазы 8 и нарастани  напр жени  на конденсаторе 9 через Замкнутый вспомогательный ключевой элемент 5 осуществл етс  разр д конденсатора 9 (зар женного напр жением, пол рность которого указана на схеме фиг. I) на отключаемую фазу 3 двигател . При этом ток I ф4 в отключаемой фазе 8 протекает в направлении , противоположном направлению включени  источника питани  2 (1ф4 длительность времени Ј4, фиг. 2). За счет э того достигаетс  уменьшение остаточного магнитного потока до нул , соответственно уменьшаетс  электро- магнитна  сила, преп тствующа  пепе- мещению гибкого ротора в новое фиксированное положение.

По истечении длительности импульса напр жени  Us вспомогательный ключевой элемент 5 запираетс . Ток после запирани  вспомогательного ключевого элемента 5 протекает через дополнительный диод 7 и конденсатор, вход щий в выходной емкостной фильтр источника 2 питани .

При поступлении следующего импульса управлени  f, работа устройства повтоо етс .

При увеличении частоты управл ющих импульсов fv (момент времени С2, фиг. .) увеличиваетс  длительность разр да конденсатора 9 на отключаемую фазу через вспомогательный ключевой элемент 5 ( Јг, фиг. 2),

Увеличение длительности разр да конденсатора 9 на отключаемую фазу 8 обусловлено тем, что при увеличении

частоты управл ющих импульсов f происходит расширение динамической петли гистерезиса, что влечет увеличение остаточного магнитного потока. Следовательно , необходимо увеличивать величину тока дл  обеспечени  уменьшени  остаточного магнитного потока до нул .

Q Кроме того, при увеличении частоты управл ющих i чпульсов f длительность подключени  фазы 3 двигател  к источнику 2 питани  посто нного тока уменьшаетс  и оказываетс  недостаточной

дл  обеспечени  нарастани  величины тока (Iw, фиг. 2) до номинального значени  (1н,фиг, 2), Уменьшение значени  тока фазы приводит к снижению энергии, запасенной в магнитном поле

0 фазы, вследствие чего снижаетс  уровень напр жени  на конденсаторе 9. Следовательно, необходимо увеличивать длительность его подключени  к отключаемой фазе 8 дл  обеспечени  необ5 ходимой дл  осуществлени  размагничивани  величины тока.

Закон изменени  длительности импульса напр жени  Ь , формируемого на выходе функционального преобраэо0 вател  3, определ етс  экспериментально .

Таким образом, использование изобретени  позвол ет уменьшить силы, преп тствующие перемещению гибкого

г ротора в новое фиксированное положение , а так как при этом не требуетс  осуществл ть отбор энергии от источника питани , то достигаетс  повышение КПД двигател .

40

5

0

5

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  шаговым двигателем, преимущественно волновым, содержащее распределитель импульсов, источник питани , функциональный преобразователь частота - длитель-.. ность, вход которого соединен с входом распределител  импульсов, и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в себ  основной ключевой элемент, управл ющий вход которого соединен с выходом распределител  импульсов, вспомогательный ключевой элемент и диод, о т- личающеес  тем, что, с целью повышени  КПД двигател , в устройство введены блок совпадени , логические элементы И по числу фаз и

   71

   конденсатор, а каждый канал усилител  мощности снабжен дополнительным диодом, соедин ющим точку соединени  источника питани  и основного ключе- його элемента с точкой соединени  фазы с.основным ключевым элементом, котора  через соединенные встречно- параллельно диод и вспомогательный }шючевой элемент соединена с обклад- tcoft конденсатора, друга  обкладка Которого соединена с общей точкой

   417348

   соединени  фазных обмоток двигател  и с источником питани , причем уп- павл ющие входы вспомогательных ключевых элементов соединены с выходами логических элементов И, первые входы которых соединены с выходом функционального преобразовател , вторые входы - с выходами блока совпадени , входы которого соединены с выходами и с входами направлени  распределител  импульсов.

   10

   К входам налрадлени  фиг.З

   %