Устройство для управления шаговым двигателем

 

Г !

О 4! А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 446938

Союз Соовтскик

Социалистических

Республик 1 т"

{61) Зависи.,;ос от авт. свидетельства (51) М. Кл. Н 02р 7(62 (22) Заявлено 28.09.72 (21) 1831835/24-7 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР во делам изобретений и открытий (32) Приоритет

Опубликовано 15.10.74. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 17.06.75 (53) УДК 621.313.13. . 133.3-525 (088.8) (72) Лвторы изобретения

В. П. Рубцов, В. C. Барышников, М. С. Зайдин, Е. A. Петрыкин и В. М, Чинченко

Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро низковольтного аппаратостроения Московского завода низковольтной аппаратуры (71) Заяшггсль (54) УСХРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ

ДВ И ГАТЕЛ ЕМ

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее источник постоянног0 тока, к;одному из полюсов коьоро о подключен регулятор напряжения с задатчиком уровня на входе, связанный своим вы- 5 ходом с общей точкой фаз двшателя, образующих многолучевую звезду, соединенную лучами с этим же,полюсом источника через встречно включенные разделительные диоды.

С целью повышения быстродейс вин и кл.д. 10 установлен трансформатор тока, перви иная обмотка которого включета между разделительными диодами и указанным полюсом .источника, а вторичная обмотка, шунтированцая стабилитроном и интегрирующей цепочкой, 1л подключена ко входу .регулятора напряжения аоследователино и согласно с задатч иком,,кроме того, .вход регулятора напряжения может быть шу нтирован доо|олнительным стаб ил ит,роном. 20

На чертеже приведена структурная схема одного из,возможных .вариантов устройства, состоящего из регулятора .напряжения 1, подключенного к одному .нз полюсов источника

:питания постоянного тока с напряжением К выход которого соединен с общей тоской фаз

2 двигателя, образующих многолучевую звезду, Каждый луч звезды соединен с этим же полюсом источника через встречно включенный,разделительный диод 3. Фазы двигателя подключаются к другому, полюсу, источника ключевыми элементами усилителя мощности

4 в,последовательности, задаваемой распределителем импульсов 5, иа,вход которого по:ступаюг,импульсы управления fy от внешнего командного устройства.

Между разделительными диодами 3 и полюсами источника питания, IK которому 1подключен регулятор напряжения 1, включена первичная обмотка 6 трансформатора тока.

Вторичная обмотка 7 этого трансформатора, шунтированиая стабилитроном 8 и твнтегрирующей цепочкой, состоящей,из диода 9, конденсатора 10 и:потенциометра 11, включена отоследовательно и согласно с задатчиком уровня 12. Резистор 13, с которого снимается встре шо приложенное им напряжение обратной связи U„,:, включен последовательно с фазами 2 двигателя. Вход регулятора напряжения 1 шунтнрован стабилитроном 14.

Если регулятор напряжения 1 — импульсный, то фазы 2 двигателя .совместно с усилителем

4 шунтируют,диодом il 5.

При,использовании,в,качестве источника питания выпрямителя к его полюсам подключают конденсатор 16.

Схема работает следующим образом, При отсутствии импульсов на входе, распределителя 5 регулятор напряжения 1 обеспечивает .на включенных фазах 2:напряжение, 446938

3 пропорциональное разности напряжений:задатчика уровня U, и обратной - связи ос = i oRoc, где fo — т<ж Р общем пдиВОде фаз двигателя, Яс, — сопротивление .обратной,; связи. Регулятор напряжения с. обратной .э связью по току будет иметь свойства источ- ника тока, т.. е. обеснечивает аоддержание, заданного значения тока лря любых,возмож- .. ных изменениях,как питающего напряжения, так н параметров двигателя; ..: lo

Рассматриваемое устройство представляет собой статическую систему регулирования, следовательно, заданное значение тока будет поддерживаться со статязмом, н,результате чего момент двигателя, пропорциональиый 1э квадрату тока, будет резко уменьшаться при повышении частоты, являкпцейся основным возмущающим воздействием для системы стабилизации тока. Основная же цель. систем стабилизации тока — обеспечить лоддержа- 2О ние заданного значения момента, чтобы получить регулирование скорости шагового при-. вода с постоянным моментом. Такой закон регулирования скорости шагового электропривода обусловлен характеристиками меха- д5 яизмов. Момент сопротивления указанных механизмов,,к которым относятся, например, механизмы подач металлорежущих станков,: не зависит от скорости, т. е. для полного использования шагового двигателя по быстроденствню и мощности необходимо регулировать его скорость с лостоянным моментом.

= реоуемый закон регулирования скорости

-"оеспечнвается введением в систему стабилизации тока дополнительного, регулирования по 35 возмущающему воздействию, в данном случае ло частоте управляющих импульсов 1у, Для реализации закона регулнрэвання установлен трансформатор тока, вторичная обмотка r которого, шунтированная стабилитроном 4О

b я,ннтегрнрующей цепочкой 9, 10, 11, нключена последовательно в контур регулирования согласно с напряжением задатчика О,.

1 ри подаче на вход распределителя 5 импульсов управления /„по первичной обмотке 4g б грансформатора тока будут проходить импульсы с частотой fy. 11редположнм, что в исходном состоянии была включена какая-либо комоинация фаз 2. С приходом очередного импульса управления на распределитель 5 комбинация включенных фаз изменяется, по крайней мере одна нз включенных фаз 2 отключаегся. Itîê в отключенной фазе пратекаег через диод 3 и первичную обмотку б граы формагара навстречу напряжению источника пи ания tf, огдавая,прн этом накопленную фазой элек1ромагннтну1о энергшо обратно в ис ц гннк питания (если в качестве источника ни анни используется выпрямитель, то для иропуск шия встречного ока его неоохо- 6О димо шун ннов ib конденса ором 10, запасающнм электромагнигную энергию фазы>.

Ь момент .коммутации фазы 2 pBIулягор напряжения 1 заперт, при этом к отключенной

Фазе прикладывается встречное напряжение

U. Такой режим .работы обеспечивается благода ря шунтированию стабилитроном 14 входа .регулятора 1. iîê so вторичной обмотке 7 трансформатора проходят а направлении, обратном проводящему направлению стабилитрона 8, обеспечивая,заряд конденсатора 10 интегрирующей цепочки до постоянного уровня, равного напряжению стабилизации стабилитрона 8, и в проводящем,направлении стабилитрона 14, закорачивая тем самым вход регулятора напряжения 1. Вход регулятора напряжения 1 будет закорочен до тех лор, пока ток в открытой фазе 2 соответственно в первичной 6 и вторичной 7 обмотках трансформатора не спадает до нуля. По окончании процесса спадания тока в отключенной фазе,к включенным фазам будет приложено напряжение, приблизительно равное напряжению источника питания (в зависимости от схемы регулирования напряжения 1).

Это напряжение будет вырабатываться регулятором 1 до тех пор, пока ток в общем приводе фаз двигателя не достигнет заданного значения, Таким образом, шунтирование входа регулятора 1 стабялитуоном 14 за счет разнесения во времени процессов спадания тока в отключенной фазе и нарастания во вновь включенной фазе обеспечивает повышение напряжения на фазе во время;протекания указанных процессов до величины, равной К против

U/2 в известных схемах, что повышает быстродействие шагового привода при заданном напряжении источника питания яли позволяет снизить установленную мощность источника питания и всех элементов устройства при заданном быстродействии.

Разряд конденсатора 10 (диод 9 увеличивает .постоянную времени цепи разряда) ло окончании процесса спадания тока в отключенной фазе 2 увеличивает задающее напряжение яа величину:

boa — nU„QC „, где и = коэффициент передачи потенциомет,ра 11;

U„ — напряжение стабилизация стабилитроха 8;

R — полное сопротивление потенциометра;

С вЂ” емкост ь конденсатора 10, т. е.;пропорционально частоте управляющих импульсов, яомпенсируя тем самым статизм стабилизатора така (стабилитрон 14 ограничивает задающее напряжение).

Изменяя коэффициент передачи а, можно получись требуемый закон изменения тока и соответственно момента в функции частоты управления f», максимально приблизив его к закону изменения от скорости момента сопротивления механизма. В частности, в устройстве можно обеспечить не только астатическую ха|рактеристнку тока в функции частоты, т. е. .компенсировать статизм, но и обеспечить рост тока с частотой, что необходимо, напри446938 мер, для механизмов с моментом нагрузки типа вязкого трения.

Максимальное приближение частотных характеристик шагового привода в предлагаемом устройстве к характеристике механизма повышает быстродействие и к. п. д. привода и снижает установленную мощность его элементов.

Очевидно, что предлагаемое устройство может быть выполнено на л!обых элементах с любым регулятором напряжения и при любой отрицательной:обратной связи в регуляторе.

1, Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее источник постоянного така, к одному из полюсов которого аодклюСоставитель Н. Сухоярская

Техред T. Миронова Корректор 3. Тарасова

Редактор Л. Цветкова

Заказ ИМ

Изд. М Ð Тираж ФЯР

Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 1!3035, Раушская наб., 4

Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24

Предмет изобретения чен регулятор напряжения с задатчеком уровня на входе, связанный своим выходом с общей точкой фаз двигателя, образующих многолучевую звезду, соединенную лучами с

5 этим.же полюсом источника через встречно включенные разделительные диоды, о т л ичающееся тем, что, с целью |повышения быстродействия и к.п.д., установлен трансформатор тока, первичная обмотка которого

10 включена .между разделительными диодами и указанным полюсам источника, а вторичная оомотка, шунтированная стабилитроном и интегрирующей цепочкой, подключена ко входу регулятора:напряжения последователь15 но и согласно с задатчиком.

2. Устройство по in. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вход регулятора напряжения шунтировая дополнительным стабилитроном.