патент
№ RU 2638522
МПК H02P8/14

ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Авторы:
Янчук Николай Михайлович Соболев Дмитрий Дмитриевич Казаков Сергей Васильевич
Все (5)
Номер заявки
2016117707
Дата подачи заявки
04.05.2016
Опубликовано
14.12.2017
Страна
RU
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
2
Реферат

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом является повышение надежности электропривода при помощи введения средств телеметрического, удаленного, объективного контроля работы, что снижает безаварийность работы объекта, на котором установлен электропривод. В шаговый электропривод, содержащий двухфазный шаговый электродвигатель, первая и вторая фазная обмотка которого подключена к первому и второму выходным выводам соответственно первого и второго мостового полупроводникового преобразователя, введено устройство телеметрического контроля, позволяющее дистанционно оценить скорость, направление вращения и угол поворота шагового двигателя, а следовательно, оценить работоспособность электродвигателя без непосредственного контакта. 2 ил.

Формула изобретения

Шаговый электропривод, содержащий двухфазный шаговый электродвигатель, первая и вторая фазная обмотка которого подключена к первому и второму выходным выводам соответственно первого и второго мостового полупроводникового преобразователя, отличающийся тем, что с целью повышения надежности, введены первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая и восьмая диодно-транзисторные оптопары, первый, второй, третий и четвертый резистивные делители напряжения, средние выводы которых соответственно через первый, второй, третий и четвертый прямовключенные диоды соединены с первым выходным телеметрическим выводом, а второй выходной телеметрический вывод соединен с первыми выводами первого, второго, третьего и четвертого резистивного делителя напряжения и с общим выводом дополнительного источника питания, второй вывод которого соединен через согласно последовательно включенные транзисторы: первой и второй диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом первого резистивного делителя напряжения, третьей и четвертой диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом второго резистивного делителя напряжения, пятой и шестой диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом третьего резистивного делителя напряжения, седьмой и восьмой диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом четвертого резистивного делителя напряжения, при этом диоды первой и седьмой диодно-транзисторных оптопар включены последовательно согласно, а диоды третьей и пятой диодно-транзисторных оптопар включены последовательно встречно между первым и вторым выводами первого мостового полупроводникового преобразователя, диоды второй и четвертой диодно-транзисторных оптопар включены последовательно согласно, а диоды шестой и восьмой диодно-транзисторных оптопар включены последовательно встречно между первым и вторым выводами второго мостового полупроводникового преобразователя.

Описание

Изобретение относится к электротехнике, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

В настоящее время известен шаговый электропривод (Г.И. Гульков, Ю.Н. Петренко, Е.П. Раткевич, О.Л. Симоненкова. Системы автоматизированного управления электроприводами. Учебное пособие. Под общ. ред. Ю.Н. Петренко - Минск; ООО «Новое знание», 2004. стр. 209-212), содержащий шаговый электропривод, содержащий двухфазный шаговый электродвигатель, первая и вторая фазная обмотка которого подключена к первому и второму выходным выводам соответственно первого и второго мостового полупроводникового преобразователя.

Недостатком известного устройства является низкая надежность в связи с тем, что электропривод не имеет средств непрерывного телеметрического, удаленного, объективного контроля работы, что снижает безаварийность работы объекта, на котором установлен электропривод.

Известен также шаговый электропривод (Электронная техника в автоматике. Сборник статей под редакцией Ю.И. Конева. Выпуск 9. Издательство «Советское радио», Москва, 1977 г. стр. 13-17), содержащий шаговый электропривод, содержащий двухфазный шаговый электродвигатель, первая и вторая фазная обмотка которого подключена к первому и второму выходным выводам соответственно первого и второго мостового полупроводникового преобразователя.

Недостатком известного устройства является низкая надежность в связи с тем, что электропривод не имеет средств непрерывного телеметрического, удаленного, объективного контроля работы, что снижает безаварийность работы объекта, на котором установлен электропривод.

Наиболее близким техническим решением является шаговый электропривод (Datasheets for electronics components L297. Stepper motor controllers. STMicroelectronics group of companies. December 2001), содержащий шаговый электропривод, содержащий двухфазный шаговый электродвигатель, первая и вторая фазная обмотка которого подключена к первому и второму выходным выводам соответственно первого и второго мостового полупроводникового преобразователя. Это техническое решение принимается за прототип.

Недостатком известного устройства является низкая надежность в связи с тем, что электропривод не имеет средств телеметрического, удаленного, объективного контроля работы, что снижает безаварийность работы объекта, на котором установлен электропривод.

Задачей изобретения является повышение надежности шагового электропривода путем осуществления непрерывного телеметрического контроля работоспособности электропривода.

Поставленная задача достигается тем, что для осуществления непрерывного телеметрического контроля работоспособности электропривода, согласно изобретению, введены первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая и восьмая диодно-транзисторные оптопары, а также первый, второй, третий и четвертый резистивные делители напряжения, средние выводы которых соответственно через введенные первый, второй, третий и четвертый прямовключенные диоды соединены с первым выходным телеметрическим выводом, а второй выходной телеметрический вывод соединен с первыми выводами первого, второго, третьего и четвертого резистивного делителя напряжения и с общим выводом дополнительного источника питания, второй вывод которого соединен через согласно последовательно включенные транзисторы: первой и второй диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом первого резистивного делителя напряжения, третьей и четвертой диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом второго резистивного делителя напряжения, пятой и шестой диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом третьего резистивного делителя напряжения, седьмой и восьмой диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом четвертого резистивного делителя напряжения, при этом диоды первой и третьей диодно-транзисторных оптопар включены последовательно встречно между первым и вторым выводами первого мостового полупроводникового преобразователя, диоды пятой и седьмой диодно-транзисторных оптопар включены последовательно согласно между первым и вторым выводами первого мостового полупроводникового преобразователя, диоды второй и восьмой диодно-транзисторных оптопар включены последовательно встречно между первым и вторым выводами второго мостового полупроводникового преобразователя, диоды четвертой и шестой диодно-транзисторных оптопар включены последовательно встречно между первым и вторым выводами второго мостового полупроводникового преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена схема электрическая шагового электропривода, а на фиг. 2 диаграммы напряжений на телеметрическом выходе устройства.

Шаговый электропривод содержит двухфазный шаговый электродвигатель 1, первая 2 и вторая 3 фазная обмотка которого подключена выходным выводам 4, 5, 6, 7 первого 8 и второго 9 мостового полупроводникового преобразователя, первая 10, вторая 11, третья 12, четвертая 13, пятая 14, шестая 15, седьмая 16 и восьмая 17 диодно-транзисторные оптопары, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 резистивные делители напряжения, средние выводы которых соответственно через первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25, прямовключенные диоды соединены с первым выходным телеметрическим выводом 26, а второй выходной телеметрический вывод 27 соединен с первыми выводами первого, второго, третьего и четвертого резистивного делителя напряжения и с общим выводом дополнительного источника питания 28, второй вывод которого 29 соединен через согласно последовательно включенные транзисторы: первой 10 и второй 11 диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом первого резистивного делителя напряжения 18, третьей 12 и четвертой 13 диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом второго резистивного делителя напряжения 19, пятой 14 и шестой 15 диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом третьего резистивного делителя напряжения 20, седьмой 16 и восьмой 17 диодно-транзисторных оптопар со вторым выводом четвертого резистивного делителя напряжения 21, при этом диоды первой 10 и седьмой 16 диодно-транзисторных оптопар включены последовательно согласно, а диоды третьей 12 и пятой 14 диодно-транзисторных оптопар включены последовательно встречно между первым 4 и вторым 5 выводами первого мостового полупроводникового преобразователя 8, диоды второй 11 и четвертой 13 диодно-транзисторных оптопар включены последовательно согласно, а диоды шестой 15 и восьмой 17 диодно-транзисторных оптопар включены последовательно встречно между первым 6 и вторым 7 выводами второго мостового полупроводникового преобразователя 9.

Шаговый электропривод (фиг. 1) работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме при условии, что коэффициенты деления первого 18, второго 19, третьего 20 и четвертого 21 резистивных делителей равны соответственно 1, 3/4, 1/2, 1/4 от напряжения дополнительного источника питания 28.

Допустим в начальный момент времени t0 (фиг. 2) на обмотке 2 шагового двигателя 1 имеется напряжение положительной полярности от первого мостового преобразователя 8, т.е. на выводе 4 напряжение положительное относительно напряжения на выводе 5 (диаграмма 30 на фиг. 2). При этом на обмотку 3 шагового двигателя 1 подается напряжение также положительной полярности, поступающее от второго мостового транзисторного преобразователя 9, т.е. на выводе 6 напряжение положительное относительно напряжения на выводе 7 (диаграмма 31 на фиг. 2). При этом шаговый двигатель вращается по часовой стрелке, на диоды транзисторных оптопар 10, 11, 13, 16 поступает отпирающее напряжение, а на выходные телеметрические выводы 26, 27 через диод 22 поступает напряжение с первого резистивного делителя 18 (диаграмма 31 на фиг. 2).

В момент времени t1 изменяется полярность выходного напряжения на выходных выводах 4, 5 первого мостового транзисторного преобразователя 8, при этом на диоды транзисторных оптопар 11, 12, 13, 14 поступает отпирающее напряжение, а на выходные телеметрические выводы 26, 27 через диод 23 поступает напряжение со второго резистивного делителя 19.

В момент времени t2 изменяется полярность выходного напряжения на выходных выводах 6, 7 второго мостового транзисторного преобразователя 9, при этом на диоды транзисторных оптопар 12, 14, 15, 17 поступает отпирающее напряжение, а на выходные телеметрические выводы 26, 27 через диод 24 поступает напряжение со второго резистивного делителя 20.

В момент времени t3 изменяется полярность выходного напряжения на выходных выводах 4, 5 первого мостового транзисторного преобразователя 8, при этом на диоды транзисторных оптопар 10, 15, 16, 17 поступает отпирающее напряжение, а на выходные телеметрические выводы 26, 27 через диод 25 поступает напряжение с четвертого резистивного делителя 21.

Таким образом, при вращении шагового двигателя по часовой стрелке на выходных телеметрических выводах 26, 27 возникает убывающее ступенчатое напряжение, свидетельствующее о направлении вращения электродвигателя. При вращении двигателя в обратную сторону на выходных телеметрических выводах 26, 27 возникнет возрастающее ступенчатое напряжение, а в момент реверса двигателя напряжение на выходных телеметрических выводах 26, 27 изменит свою направленность. По виду указанного напряжения на выходных телеметрических выводах 26, 27 можно дистанционно оценить скорость, направление вращения и угол поворота шагового двигателя, а, следовательно, оценить работоспособность электродвигателя без непосредственного контакта.

Техническим результатом от использования предлагаемого технического решения является повышение надежности электропривода при помощи введения средств телеметрического, удаленного, объективного контроля работы, что снижает безаварийность работы объекта, на котором установлен электропривод.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты