Системы управления шаговыми двигателями

Системы управления шаговыми двигателями можно разделить на две основные группы [Л. 17]. К группе импульсных схем управления относятся устройства, у которых задание информации производится в форме одноканальных импульсов независимо от числа управляемых секций (фаз) шагового двигателя. Распределение импульсов по фазам в этих системах управления двигателем производится с помощью электронного кольцевого (в общем случае реверсивного) счетчика с потенциальными выходами (рис. 42). В дальнейшем этот счетчик будем называть электронным коммутатором. Для реверсивного шагового двигателя должна быть подана дополнительная команда на вход реверса счетчика.

В системе управления шаговыми двигателями потенциальный выход необходим для обеспечения включения обмотки секции на все время между управляющими импульсами независимо от длительности последних.

На вход электронного коммутатора импульсы управления поступают от задающего устройства, которое может представлять собой вычислительную машину, кодовый преобразователь, оперативную память (например, магнитную ленту) или любой датчик дискретных сигналов, например оптический, согласно рис. 42а.

К группе фазовых (многоканальных) схем управления относятся устройства, у которых задание информации производится в форме напряжения отдельно для каждой секции (фазы) шагового двигателя с временным сдвигом. В этих системах управления двигателем отсутствуют электронные коммутаторы.

Импульсная схема управления для однофазного шагового двигателя состоит из триггера с усилителем. Поступление управляющих импульсов на вход триггера схемы управления вызывает поочередное открывание и закрывание усилителя. При необходимости изменения знака н. с. для двигателя с поляризованным ротором может быть применена схема управления с двумя управляющими обмотками (рис. 42а). Схема управления вызывает ухудшение использования шагового двигателя (удвоение меди обмотки управления).

Рис. 42a. Импульсная схема управления с двумя управляющими обмотками для однофазного шагового двигателя.

Схема управления по рис. 42а может быть использована также для управления двухфазными шаговыми двигателями. При необходимости изменения полярности н. с. двухфазного шагового двигателя с поляризованным ротором (см. гл. 3) может быть использована схема управления с двумя триггерами и усилителями (инверторами) или схема управления [Л. 17].

Импульсная схема управления двигателем для однофазного шагового двигателя состоит из триггера с усилителем. Поступление управляющих импульсов на вход триггера в схеме управления двигателем вызывает поочередное открывание и закрывание усилителя. При необходимости изменения знака н. с. для двигателя с поляризованным ротором может быть применена схема управления двигателем с одной дифференциальной обмоткой (рис. 42б). Схема управления двигателем имеет худшее использование усилителей, нагружаемых сопротивлением Rк Сопротивления в коллекторах триодов выполняют функцию форсировочных.

Рис. 42б. Импульсная схема управления двигателем с одной дифференциальной обмоткой для однофазного шагового двигателя.

Для сравнения приведем потенциальные схемы управления двигателем с изменением полярности, выполняемые также с управлением по одному каналу.

На рис. 42в обмотка шагового двигателя включена в диагональ мостовой схемы управления двигателем. Три плеча моста образуют активные сопротивления R1, R2, R3, а четвертым плечом служит управляющий полупроводниковый триод. При открытом триоде через обмотку двигателя идет ток i1, а при закрытом ток i2. Можно подобрать сопротивление таким образом, чтобы токи i1 и i2 были равны друг другу. При этой схеме управления двигателем, однако, к. п. д. установки весьма мал вследствие потерь в сопротивлениях, через которые постоянно проходит ток.

Рис. 42в. Потенциальные схемы управления двигателем на постоянном токе.

Для увеличения к. п. д. последовательно с обмоткой В включается конденсатор. В этом случае при открытом триоде конденсатор заряжается током i1 и пребывает в этом состоянии до запирания триода. Когда триод запирается, конденсатор разряжается на обмотку двигателя, через которую проходит ток i2, противоположный току i1. Недостатком схемы управления двигателем является невозможность изменения длительности управляющих импульсов, которая определяется величиной емкости.

При питании шагового двигателя от сети переменного тока управляющий триод можно использовать для выпрямления напряжения (рис. 42г). Два триода (П1 и П2) включены встречно так, что при открытом контакте Р открыт один из этих триодов, а при закрытом — другой.

Рис. 42г. Потенциальная схема управления двигателем на переменном токе.

Когда контакт Р замкнут, эмиттер триода П1 оказывается под положительным потенциалом по отношению к точке О. При этом через триод П1 и обмотку двигателя проходит ток, представляющий собой последовательность положительных полуволн. Триод П2 при этом заперт, так как его база п эмиттер имеют одинаковый потенциал. Когда контакт Р открывается, базовая цепь триода nt запирается для обеих полуволн питающего напряжения. Триод П2, напротив, проводит только отрицательные полуволны. При этом в обмотке двигателя идет ток i1. Конденсатор, включенный параллельно обмотке двигателя, сглаживает пульсации тока.

Интерес представляют схемы управления двухсекционным шаговым двигателем с преобразованием импульсной команды в синусоидальное напряжение [Л. 81].

В схеме управления напряжение прямоугольной формы с выхода формирующего триггера подается на интегратор Миллера, который преобразует прямоугольный сигнал го сигнал треугольной формы с той же частотой повторения. Затем этот треугольный сигнал подается на удвоитель частоты, а оттуда через усилитель на фазорасщепитель и цепь АРУ (автоматическое регулирование усиления); АРУ предусмотрено в связи с тем, что интегратор Миллера обладает такой частотной характеристикой, при которой амплитуда его выходного сигнала изменяется обратно пропорционально частоте входного сигнала. Автоматическое регулирование усиления обеспечивает стабильность выходной амплитуды, приложенной к фазорасщепителю в пределах рабочей частотной характеристики. Фазорасщепитель выдает два синусоидальных напряжения, сдвинутых друг по отношению к другу на 90°, которые соответствующим образом усиливаются для подачи на обмотки двигателя. Недостатком системы является ограниченный диапазон рабочих частот.