проводимости, диода

Рис. 5. 30. Формы напряжения (7) н тока (2) в двухполупериодном коммутаторе

Рис. 5.31. Разновидность мостового коммутатора

ля с бифилярными обмотками показан на щс. 5.32. Он обладает следующими преимуществами.

1. Диоды VD1 и VD6 аналогачны по вьшолняемым функциям диодам мостовых коммутаторов. В состоянии R (установка) в таблице на рис. 5.32 облютки фаз 7 и 2 возбуждены. Затем, когда приходит управляющий импульс, обмотка фазы 1 отключается и включается обмотка фазы 3, но обмотка фазы 2 остается при этом возбужденной. Во время переходного процесса магнитная энергия в фазе 1 должна либо превратиться в тепловую, либо рекуперироваться в источник питания. Так как обмотки фаз 1 тл 4 намотаны бифилярным способом для образования значительной магнитной связи, ток будет течь через фазу 4 и диод VD4 и замыкаться через фазу 2 и транзистор VT2.

2. Конденсаторы, соединяющие обмотки, обеспечивают прохождение переходных токов в начале переходного процесса. Например, сразу после того, как VT1 вьислючен, а VT3 включен, переходный ток пройдет от обмотки фазы 1 к 5 через конденсатор, их соединяющий.

3. Диоды VD8 и VD9 служат для отделения разных групп обмоток одну от другой, допуская только эффекты совместных пар.

4. Диод VD7 служит для отделения источника низкого напряжения Ei от £я, когда КГ/открыт.

vm 3 5 г ч 6

Рис. 5. 32. Коммутатор с двумя источниками питания для трехфазного реактивного ШД с бифилярными обмотками

Рис. 5.33. Схема ШИМ и формы кривых напряжения:

1 - нагрузка; 2 - токоизмерительный резистор; 3 - диод обратного тока

5. Электрическое демпфирование эффективно благодаря наличию конденсаторов и бифиляргых обмоток. Это означает, что если движение ротора колебательное, то ЭДС, индуцируемая в каждой фазе, имеет флукта-ционную компоненту, которая действует совместно с взаимной индукцией бифилярных обмоток и создает колебательный ток через конденсаторы. Это и есть тот механизм, при помощи которого кинетическая энергия демпфируется и преобразуется в тепловую.

5.3.7. Управление с помощью широтно-имлульсной модуляции. Коммутатор с щиротно-импульсной модуляцией (ШИМ) обеспечивает стабилизацию тока с незначительными потерями. Основная функция ШИМ коммутатора представлена на рис. 5.33. Здесь индуктивная нагрузка, помещенная в пунктирный прямоугольник, представляет собой обычный коммутатор (рис. 5.34). Напряжение на датчике тока нагрузки сравнивается с эталонным с помощью операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления. Эталонное напряжение представляет собой сумму высокочастотной компоненты треугольной или синусоидальной формы и постоянной составляющей, с которой необходимо сравнить напряжение

Рис. 5.34. Схема коммутатора типа ШИМ:

1 - циркуляционный ток после запирания VTJ; 2 - датчик тока; 3 - ток после запирания УТ4

Hop/iu-родан--мыа топ

Рабочий период защиты

Рис. 5,35. Прямоугольная форма напряжения и форма кривой тока

датчика. Если постоянная компонента эталонного сигнала и напряжение датчика близки, то выходной сигнал усилителя будет иметь прямоугольную форму, как показано для v о на рис. 5.33.

Так как коэффициент усиления высок, то выходное напряжение на обмотках двигателя импульсно изменится практически от нуля до напряжения источника питания. Сигнал усиливается транзистором VT2 и подается на базу основного переключающего транзистора VT1 для импульсной коммутации последнего. В состоянии включения ток проходит от источника питания к нагрузке, в противном случае протекает через диод обратного тока. Если частота переключений транзисторов выбрана в диапазоне до 30 кГц, то колебательная компонента в токе нагрузки очень мала. Так как при этом управлении напряжение, подаваемое на двигатель, носит импульсный характер, то такое управление часто назьшают вибрационным. Когда ток меньше заданного значения, у VT2 растет скважность сигнала управлешя. В противном случае она уменьшается.

Значение напряжения, подводимого к коммутатору двигателя.

Ei =Е

Ion + loFF

Преимущества ШИМ или вибрационного управления заключаются в единственном источнике питания, малых потерях мощности и автоматическом регулировании напряжения для управления при нормированном токе.

Рассмотрим форму кривой тока в цепи рис. 5.34. Сразу после включения VT1 при однофазном управлении ток устанавливается на более низком значении, чем соответствующее эталонное, и VT4 находится в О так, что источник питания высокого напряжения подключен к обмотке фазы /, и ток нарастает достаточно быстро. Когда ток достигает значения, бшз-кого к Vr/Rr, VT4 начинает работать в ключевом или вибрационном режиме и ток через обмотку выглядит, как показано на рис. 5.35,и стабилизируется на заданном значении. Когда транзистор VT1 выключается, ток

быстро уменьшается, благодаря диодно-резисторной защите, включенной параллельно обмотке.

В коммутаторе ШИМ этого типа частота коммутации транзисторов определяется значением напряжения источника питания. Недостаток ШИИ управления заключается в том, что коммутатор создает электромагнитные помехи и акустический шум.

5.4. ВХОДНОЙ КОНТЮЛЛЕР

Последней частью системы управления является входной контроллер. Он управляет количеством шаговых импульсов и их распределением во времени, а в некоторых случаях и направлением вращения ротора.

5.4.1. Одношаговый контроллер. Простейшей является система, обеспечивающая инкремент движения за один шаг. Зависимость количества шагов от времени в этой системе будет такой, как показано на рис. 5.36. Установление положения равновесия ротора имеет, как правило, колебательный характер, и демпфирование зависит от вида используемого двигателя и схемы управления. Входной контроллер достаточно прост, так как его функция заключается в создании входного сигнала, который соответствует входному сигналу логического блока. Пример, приведенный на рис. 5.37, имеет следующие особенности: требуется входной сигнал соответствующего высокого уровня; выходная помеха фильтруется конденсатором; форма входного сигнала формируется триггером Шмит-та, который построен на логической схеме НЕ-И или НЕ-ИЛИ. Для устранения входных сигналов обратной полярности используют диод, показанный на рисунке пунктирной линией. Наиболее универсальные логические блоки имеют встроенный триггер Шмитта.

5.4.2. Входной контроллер для электронного демпфера. Для выполнения одношагового движения без колебаний используется способ, назьшае-мый методом обратной фазы. Связь между положением ротора и временем подачи импульсов управления приведена на рис. 5.38. Двигатель, находящийся в положении равновесия при возбужденной обмотке фазы i, получает команду перейти в следующее положение равновесия. Если ротор продолжает ускоряться за счет возбуждения обмотки фазы 2, то он проходит следующее положение равновесия. Поэтому в то время, как ротор движется к следующему положению равновесия, обмотка 2 отключается и снова включается обмотка 1. Это создает момент, который замедляет движение ротора и обеспечивает его возврат в требуемое положение равновесия. В момент возврата ротора снова возбуждается обмотка 2. Импульс на включение 1 и аэа / -отключение 2 для создан.чя тормозного момента должен быть точно рассчитан по времени так, чюбы ро-

о I-

/7ос/>едова

nifiThHOcma

импу/1ьсо8 у прав/IP-.. ••

Вход ООм

J20 0M

1/2-7Ч00

ч>н>

Выход

Входной импульс

Напряжение-В m.

ПППП1

V

вь°а -[ППППГ

Рис. 5.37. Входной контроллер для однофазного управления, который может быть широко использован для формирования импульса

тор имел нулевую частоту вращения в положении равновесия 2. Таким образом, когда возбуждается обмотка 2, ротор находится в положении равновесия фазы 2 без проскоков и колебаний. Цепь входного контроллера для управления методом обратной фазы приведена на рис. 5.39. Эта схема может быть применена при больщем количестве шагов на инкремент движения добавлением большего количества импульсов, предшествующих импульсу обратной фазы. Для реализации способа устранения колебаний ротора методом обратной связи необходимо подобрать импульсы, предшествующие моменту включения обратной фазы и дающие минимальный отклик: импульс включения обратной фазы для замедления движения ротора с нагрузкой так, чтобы достигалось точно требуемое положение равновесия; последующий импульс так, чтобы удержать ротор в его заданном положении с минимумом колебаний.

5.4.3. Демпфированное многошаговое движение. Одношаговое движение имеет в основном колебательный характер. Неколебательное многошаговое (инкрементное) движение может быть получено несколькими шагами с соответственно распределенными во времени импульсами. Приведем два примера.

1. Электронное демпфирование с задержкой последнего шага [1], схемная реализация которого приведена на рис. 5.40. Предположим, что желательно сделать три шага. Если подать последовательность их трех импульсов 00 средней скоростью, то отклик будет такой, как показано на рис. 5.40, а. Однако если период между первым и вторым импульсами подобрать так, чтобы ротор прошел ровно один шаг, то его конечное положение будет соответствовать фазе 3. Последний импульс применяется тогда для удержания ротора в положении равновесия, как показано на рис. 5.39, б. Если момент трения в системе таков, что ротор не проска-

Положение равновесия фазы 2

Положение равновесия фазы 1

Рис. 5.38. Угол поворота и ширина импульса при демпфировании методом обратной фазы:

1 - переключение с фазы 1 на фазу 2; 2 - переключение на фазу 1; 3 - переключение на фазу 2

ОН>-1

~\ 150 кОм тОпк-Р

Выход

-Выход

.Входной импульс

Рис. 5. 39. Входной контроллер при демпфировании методом обратной фазы од-ношагового движения

кивает один шаг, то эту схему демпфирования использовать нельзя. Она также неприменима, если количество шагов на один инкремент меньше трех.

2. Электронное демпфирование с постоянной частотой подачи импульсов управления. Если неколебательное инкрементное движение обеспечивается несколькими импульсами управления с равными интервалами, то входной контроллер может быть достаточно прост. Нимура [2, 4] приводит примеры демпфированного инкрементного движения двигателя реактивного типа с внешним ротором, у которого используется от трех до шести импульсов управления с равными интервалами на один инкремент движения как при однофазном, так и при двухфазном управлении. Также представлены примеры полушагового управления с 6-12 шагами на один инкремент. На рис. 5.41, а показан одно шаговый отклик при двухфазном управлении. На рис. 5.41, б, в пpeдcтaвлeныэтклики при трехшаговом (ширина импульса 8,6 мс) и шестишаговом (5,93 мс) управлении соответственно.

Количество шагов

Количество шагов

Последова- [ тельиость < р импульсов управления

Время

Последова- \ I

твльность

импульсов а)

управления

Рис. 5. 40. Обычное трехшаговое (а) движение и тоже при электронном демпфировании с задержкой последнего шага (б)