Устройство для управления многофазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения расширение рабочего диапазона частот. Устройство содержит источник сигналов управления 5, многоканальный коммутатор 8, каналы управления 1-4, источник постоянного напряжения 16. Каждый выход многоканального коммутатора 8 подключен к входу формирователя канала управления. Импульсы запускают формирователь и на элемент И 12 поступает сигнал, разрешающий работу счетчика 7. Введение делителя частоты 6, а в каждом канале управления - счетчика 7 и цепи задержки 11 позволяет расширить рабочий диапазон частот. 3 ил. (Л С со о ;о ю СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)4 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3877319/24-07 (22) 02.04.85 (46) 07.05.87. Бюл. 11 - 17 (71) Рижское производственное объединение ВЭФ им, В. И, Ленина (72) К, И, Ядченко и М, Б. Вышкин (53) 621.313.525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 705638, кл, Н 02 P 8/00, 1977,.

Авторское свидетельство СССР

Ф 790093, кл. Н 02 P 8/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения—

„„SU„, 1309250 А 1 расширение рабочего диапазона частот.

Устройство содержит источник сигналов управления 5, многоканальный коммутатор 8, каналы управления 1-4, источник постоянного напряжения 16.

Каждый выход многоканального коммутатора 8 подключен к входу формирователя канала управления. Импульсы запускают формирователь и на элемент

И 12 поступает сигнал, разрешающий работу счетчика 7. Введение делителя частоты 6, а в каждом канале управления — счетчика 7 и цели задержки 11 позволяет расширить рабочий диапазон частот. 3 ил.

1 13

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и мо" жет быть использовано в шаговом электроприводе, Цель изобретения — расширение рабочего диапазона частот, На фиг. 1 показана схема устройства применительно к 4-фазному двигателю; на фиг. 2 — временные диаграммы работы; на фиг. 3 — изменение тока и напряжения фаз при различцой рабочей частоте.

Устройство для управления многофазным шаговым двигателем содержит четыре канала 1 — 4 управления, источник 5 сигналов управления, делитель 6 частоты, счетчик 7 с коэффициентом пересчета m многоканальный коммутатор 8, формирователь 9 длительности импульсов, D-триггер 10, цепь 11 задержки, элемент И 12, ключевой элемент 13, фазовые обмотки

14 -144, демпфирующие диоды 15 †1 и источник 16 постоянного напряжения °

Диаграммы с1- ъ {фиг, 2) отображают напряжения на входах многоканального коммутатора 8, 11 -сигналы на выходе одновибратора первого канала

1 управления, е — напряжение на управляющем входе ключевого элемента

13 первого канала 1 управления, ж— напряжение на входе сброса счетчика 7 первого канала 1 управления, — напряжение на выходе заполнения счетчика 7, и — напряжение на выходе одновибратора 9 длительности импульса второго канала 2 управления, к— напряжение на управляющем входе кпючевого элемента 13 второго канала 2 управления.

На фиг, 3 на диаграммах д показано изменение тока и напряжения фаз при низкой частоте, на диаграммах б, ь — на высокой частоте.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с источника 5 управляющих сигналов, например генератора с частотой f поступают на делитель б частоты и счетчики 7. С выхода делителя 6 частоты импульсы с частотой f/n поступают на вход многоканального коммутатора 8, на выходах которого получаются сдвинутые друг относительно друга импульсные последовательности. Число выходов многоканального коммутатора 8 равно числу фазных обмоток электродвигателя, 09250 2

Каждый выход многоканального коммутатора 8 подключен к входу одновибратора 9 соответствующего канала управления, Импульс с выхода многоканального коммутатора 8 запускает одновибратор 9, на выходе которого образуется импульс с длительностью

При срабатывании одновибратора 9 на вход сброса счетчика 7 через цепь

1О 11 задержки и элемент И 12 поступает сигнал, разрешающий работу счетчика 7, По окончании импульса на выходе одновибратора 9 по фронту срабатывает D-триггер 10 с его прямого выхода на ключевой элемент 13 поступает включающий сигнал и через фазную обмотку 14 начинает протекать ток от источника 16 постояннога напряжения„ Цепь 11 задержки позьоляет исключить паразитный импульс на выходе элемента И 12 при срабатывании D-триггера 10, Поэтому на входе сброса счетчика 7 продолжает

25 действовать разрешающий сигнал и счетчик 7 продолжает считать импульсы, поступающие от источника 5 сигналов управления. При заполнении счетчика ? на выходе .заполнения: появляЗО ется импульс, который сбрасывает

D-триггер 10. При этом запирается ключевой элемент 13, обесточивая фазную обмотку 14, и счетчик 7 прекращает счет, Схема устанавливается в исходное состояние. Демпфирующий диод 15 предотвращает выбросы

ЭДС самоиндукции IIpH отключении фаз ной обмотки 14 .

Таким образом, длительность им,10 пульсов тока, протекающего через фазную обмотку 14, равна t=t>- 1, 1 где t — время заполнения счетчика

7, зависящее от частоты f импуЛьсов источника 5 сигналов управления ,15 и от коэффициента m пересчета счетчика 7 (t>=II1/f); t. — длительность импульса формирователя 9 длительности импульса.

Параметром, характеризующ1м режим

5О коммутации обмоток и силового электродвигателя, можно считать временное перекрытие П импульсов тока в соседних фазных обмотках.

При симметричной коммутации и потенциальном управлении щаговым электродвигателем оптимальными являются значения от П = — í-. ливней рабочей

2 частоте (т. е. цикл коммутации 12-233 1309250

-34-41) до П = 0 на верхней рабочей частоте (т.е. цикл коммутации 1-2в

-3-4), л

В предлагаемой схеме управления и

m — п м

П 5 с 1 с

Для достижения постоянства тягоого усилия шагового электродвигатея при изменении скорости движения сточник 1б постоянного напряжения ожет быть регулируемым в зависимоти от частоты или от среднего значения ток- в фазной обмотке.

Таким об",,азом, повышается надежность работы устройства за счет уменьшения количества ключевых элементов (ключевые элементы — наиболее нагруженные и, соответственно, наименее надежные элементы устройства управления шагсвыми электродвигателями); расширяется рабочий диапазон частот за счет обеспечения оптимального цикла коммутации в заданном частотном диапазоне и улучшаются энергетические характеристики двигателя за счет отсутствия форсирования, а также за счет более полного использования электромагнитных сил на высоких частотах.

Формула

Устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее каналы управления по числу фаз, источник сигналов управления и коммутатор, выходы которого соединены с входами каналов управления, каждый из которых включает в себя подключенный к входу канала одновибратор, D-триггер, элемент И и ключ, управляющий вход которого подключен к прямому выходу D-триггера, силовой

ВХОД К ИСТОЧьИКУ ПнтаНИЯ, ВЫХОД к фазе двигателя, шунтированный диодом, выход одновибратора соединен с тактовым входом D-триггера„ инверсный выход которого подключен к первому входу элемента И, D-вход связан с источником питания, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введен делитель частоты, а в каждый канал управления введены счетчик и элемент задержки, причем источник сигналов управления соединен с тактовыми входами счетчиков и через делитель частоты с входом коммутатора, элемент задержки входом подключен к выходу одновибратора, а выходом — к второму входу элемента И, выход которого соединен с входом сброса счетчика, выход заполнения которого соединен с входом сброса D òðèããåðà, Выбрав соответствующим образом

m, n и t,, можно получить требуемый закон изменения П в рабочем диапазоне частот (т,е. скоростей движения

10 шагового электродвигателя), На низких частотах, когда длительность управляющего импульса более чем в 3-5 раз превышает постоянную

15 времени, обусловленную параметрами фазной обмотки двигателя, коммутация происходит rro классической схеме 12-23-34-41 (фиг. За). Однако на высоких частотах, когда постоянная времени 7 соизмерима с длительностью импульса, затягивание спада тока приводит к увеличению числа одновременно включенных обмоток (фиг. Зв), что приводит к падению электромагнитного момента вплоть .До полной остановки двигателя (при дальнейшем увеличении частоты), Однако устройство как бы сдвигао ет передний фронт импульса управления, укорачивая длину импульса на величину, задаваемую. одновибратсром 9.

Таким образом, реальное подключение фазовых обмоток на высоких частотах при использовании устройства ста- 35 новится гораздо ближе к коммутации

12-23-34-41.. (эпюры тока, фиг, Зс), Особенно этот момент существенен для силовых шаговых двигателей, имеющих 0,1-0,15 с, где на частотах даже

40 порядка 100 Гц падает момент (усилие) и при остановке наблюдается отработка на неполный шаг назад из-за того, что одновременно протекает ток в трех катушках.

Практически можно рекомендовать

m следующие соотношения — = 2, длительIl ность импульса (0,4 — 0,45) t, где t — длительность управляющего импульса на максимальной высокой частоте рабочего диапазона.

Выбор параметров m и п зависит от требований к сложности схемы и плавности изменения длины импульса.

B реальной практике достаточно m =-30 — 50. и зс бре тения

1309250 с

Риг.2

i (t)

u(t/

Составитель В. Алфимов

Редактор И, Николайчук Техред N,Ходанич Корректор Г. Решетник

Заказ 1803/53 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгор д, у . р о л. П оектная, 4