Электропривод

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 Р 8/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

+и л

l (21) 4938554/07 (22) 22.05.91 (46) 23.08.93. Бюл. М 31 (71) Московский энергетический институт (7 9.П.Рубцов, А.E.Îëüêîâ и Т.Ю,Деревенко

0 (73) Московский энергетический институт (56) Злектропривод и автоматизация промышленных установок, т. 6.

В.E.Ëóöåíêî. B.Ï.Ðóáöîâ. Злектропривод с шаговым двигателем, Итоги науки и техники, ВИНИТИ, 1978, с. 56-58., Инверторы для шагового электроприво° да с дроблением шага. В.П.Рубцов, тр.МЗИ, 1980, вып. 477, с. 37 — 44, (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД.,.. Ы,„, 18368О5 АЗ (57) Исполъзование: системы автоматического управления различными технологическими процессами с исполнительными шаговыми двигателями. Сущность: электропривод содержит распределитель импульсов 1, многоканальный усилитель мощности из транзистора 2, связанного через промежуточный усилитель мощности 3 с элементом И 4. к которому подключен через компаратор 5 датчик тока 6, Датчик тока имеет трехобмоточный трансформатор тока с двумя первичными обмотками 7 и 8 и вторичной обмоткой 9, которгя шунтирована резистором 10. и подключена к лиодному мосту 11, нагруженному резистором 12.

2 ил.! ! ! iCQ (А)

1(1С (Gn ! > (А) 1836805

10

50

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговым двигателем, и может быть использовано в системах автоматического управления различными технологическими процессами с исполнительными шаговыми двигателями, Целью изобретения является упрощение и повышение КПД за счет уменьшения потерь в датчике тока.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов в силовой части схемы.

Электропривод (фиг. 1) содержит распределитель импульсов 1 с входами управления движением вперед В и назад H.

Выходы распределителя импульсов 1 подключены ко входам многоканального усилителя мощности, каждый канал которого содержит транзистор 2, связанный управляющим входом через промежуточный усилитель мощности 3 с выходом элемента И 4.

Первый вход элемента И 4 подключен к соответствующему выходу распределителя импульсов 1, а второй вход — к выходу компаратора 5, Первый вход компаратора 5 подключен к выходу датчика тока 6, а второй — к шине I3 задания тока.

Датчик тока 6 включает в себя трехобмоточный трансформатор тока с двумя первичными 7, 8 и вторичной 9 обмотками.

Вторичная обмотка 9 трансформатора тока шунтирована резистором 10 и подключена к диодному мосту 11, нагруженному резистором 12. Выход моста является выходом датчика тока 6.

Коллектор транзистора 2 усилителя мощности подключен к концу первой первичной обмотки 7 трансформатора тока, начало которой соединено с концом второй первичной обмотки 8 трансформатора тока и фазой 13 шагового двигателя, Общая точка соединения всех фаз п1-фазного шагового двигателя подключена к одному зажиму источника питания 0л. Начало второй первичной обмотки 8 трансформатора ток" через диод 14 соединено с коллектором транзистора 15 разрядной цепи, имеющего проводимость, обратную проводимости транзистора 2 усилителя мощности. Эмиттер транзистора 15 подключен к общей точке соединения фаз шагового двигателя и зажима источника питания U<, а база транзистора 15 через резистор 16 связана с фазой 13 шагового двигателя. Переход эмиттер-коллвктор транзистора 15 разрядной цепи шунтирован встречно вкл|оченным стабилитроном 17 разрядной цепи. Бэзэ транзистора 15 разрядной цепи каждого канала через резистор 18 и диод 19 соединена с коллекторами транзисторов 2 смежных каналов усилителя мощности, Электропривод работает следующим образом, При поступлении с выхода распределителя импульсов 1 сигнала единичного уровня на соответствующий канал усилителя мощности элемент И 4 формирует на своем выходе так>ке сигнал единичного уровня, усиливаемый промежуточным усилителем мощности 3. Последнй отпирает транзистор

2 усилителя мощности и к фазе 13 шагового двигателя прикладывается напряжение источника питания Ол(см. фиг, 2 a). Ток! фазы шагового двигателя проходит и по первой первичной обмотке 7 трансформатора тока, Аналогичный сигнал обратной связи I«вырабатывается на выходе тока 6. Сигнал i« выделяется на резисторе 12, являющемся нагрузкой диодного моста 11, До тех пор, пока текущее значение тока

i фазы меньше заданного, т.е. 4 I3, где

4 — ток задания (см, фиг. 3, б) на выходе компаратора 5 вырабатывается сигнал единичного уровня, разрешающий прохождение сигнала через элемент И 4 с выхода распределителя импульсов 1 на управляющий вход транзистора 2 и поддерживающий последний в проводящем состоянии. При достижении током l«заданного значения l3 на выходе компаратора 5 появляется сигнал логического нуля, который препятствует прохождению сигнала единичного уровня с распределителя импульсов 1 через элемент

И 4. Транзистор 2 при этом запирается, а транзистор 15 разрядной цепи открывается, и по нему протекает ток фазы i»>(c, фиг, 2. в). Отпирание транзистора 15 обеспечивается ЭДС самоиндукции, возникающей при запирании транзистора 2 усилителя мощности. Делитель с резистором 16 уменьшает величину напряжения, поступающего на базу транзистора 15 разрядной цепи. При открывании транзистора 15 разрядной цепи фаза 13 шагового двигателя оказывается закороченной и к ней прикладывается низкое встречное напря>кение, равное падению напря>кения на проводящих диоде 14 и транзисторе 15, Ток в закороченной фазе 13 падает медленно (значительно медленнее, чем нарастает),а накопленная в фазе 13 шагового двигателя электромагнитная энергия расходуется только на потери в активном сопротивлении фазы и проводящих диоде 14 и транзисторе 15, Такой режим отключения фазы 13 шагового двигателя с последующим ее закорачиванием обеспечивает значительное уменьшение потерь в сравнении с режимом, когда к отключенной фазе прикладывается высокое встречное

1836805 напряжение, создаваемое разрядной целью, Время т отключения фазы 13 при импульсной стабилизации тока определяется электромагнитной постоянной времени фазы и чувствительностью (зоной нечувствительности) компаратора 5. Когда текущее значение тока в фазе! снижается до величины i <: 1,— S, где S — зона нечувствительности компаратора 5, компаратор 5 переключается и отпирает транзистор 2 усилителя мощности. Транзистор 15 разрядной цепи при этом запирается, К фазе 13 шагового двигателя вновь будет приложено напряжение Un источника питания и ток i начнет увеличиваться. При достижении током i заданного значения 1 транзистор 2 вновь закроется, а транзистор 15 — откроется. В схеме обеспечивается импульсное поддержание заданного значения тока в фазе .13 шагового двигателя посредством периодического подключения ее к источнику питания и шунтирования ее после отключения от источника питания, Описанный процесс поддержания тока во включенной фазе 13 будет продолжаться до тех пор, пока на входе элемента И 4 присутствует сигнал единичного уровня, поступающий с выхода распределителя импульсов 1. Этот сигнал определяет время возбужденного. состояния соответствующей фазы 13 шагового двигателя — длительность такта. Окончанию такта, т.е, отключению ранее подключенной фазы 13 шагового двигателя соответствует появление на выходе распределителя сигнала нулевого уровня.

При появлении на выходе распределителя импульсов 1 сигнала нулевого уровня работа разрядной цепи изменяется. B этом случае при запирании транзистора 2 усилителя мощности транзистор 15 разрядной цепи не открывается, поскольку на его базу по цепи: резистор 18,диоды 19 поступает запирающее напряжение смещения, снимаемое с коллектора открытого транзистора 2 усилителя мощности одного из смененных каналов. Коммутация фаз шагового двигателя осуществляется так. чтобы в каждый момент времени было возбуждено не менее одной фазы, Когда заперты оба транзистора

2 и 15, ток в отключенной фазе протекает через диод 14 и стабилитрон 17. При этом к отключенной фазе 13 шагового двигателя прикладывается встречное напряжение Upr (см. фиг. 2 а), равное напряжению пробоя стабилитрона 17. Под действием этого напряжения обеспечивается форсированное (ускоренное) спадание тока!Дп (см. фиг. 2г} до нуля за время tp, 10

Описанный проце:с импульсного поддержания тока при эакорачивании фазы и форсировании его спадания после окончанйя такта будет повторяться в каждом канале усилителя мощности при изменении сигналов на выходах распределителя импульсов от логического нуля до логической единицы.

Формула изобретения

Электропривод, содержащий m-фаэный шаговый двигатель, фазы обмотки которого соединены в многолучевую звезду, многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого выполнен на транзисторе, включенном последовательно в цепь соответствующей фазы обмотки шагового двигателя, источник питания, один зажим которого соединен с общей точкой фаз обмотки шагового двигателя, датчики тока фаз, распределитель импульсов, многоканальную систему управления, каждый канал которой составлен из компаратора, подключенного первым входом к выходу датчика тока соответствующей фээы обмотки шагового двигателя, а вторым — к шине задания тока, элемента И, одним входом соединенного с выходом компаратора, а другим — с соответствующим выходом распределителя импульсов, предварительного усилителя мощности, включенного между выходом элемента И и управляющим входом транзистора соответствующего канала усилителя мощности, m разрядных цепей, каждая иэ которых снабжена транзистором, эмиттер которого подключен к общей точке фаз обмотки шагового двигателя, и последовательно соединенными диодом и стабилитроном, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД за счет умень-шения потерь в датчике тока, в него введены

m делителей со средней точкой, подключенных параллельно фазам обмотки шагового двигателя, каждый датчик тока выполнен в виде трехобмоточного трансформатора тока и диодного моста, первая первичная обмотка трансформатора тока включена между свободным выводом соответствующей фазы шагового двигателя и коллектором транзистора канала усилителя мощности, эмиттер которого подключен к второму зажиму источника питания, вторая первичная обмотка трансформатора тока концом подключена к точке соединения начала первой первичной обмотки трансформатора тока и свободного вывода соответствующей фазы обмотки шагового двигателя, а началом — к аноду диода разрядной цепи, третья выходная обмотка трансформатора тока подключена к входу диодного моста, выход которого шунтиро1836805

o) Фиг. 2.Составитель В. Рубцов

Редактор С. Кулакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор П. Гереши

Заказ 3027 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушсквя наб., 4/5 с

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ван резистором и образует выход датчика тока. анод стабилитрона разрядной цепи подключен к Ьбщей точке фэз обмотки шагового двигателя, коллектор транзистора разрядной цепи — к точке соединения стабилитрона и диода указанной цепи, à era база — к средней точке делителя и через введенные последовательно соединенные резистор и диод — к коллектору транзистора

5 смежного канала усилителя мощности.