CN2037900U - 同步补偿式脉冲功率驱动*** - Google Patents
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Abstract
同步补偿式脉冲功率驱动***,本实用新型为数控***的驱动电源,设计中采用了反电动势脉冲同步补偿方法,将电机绕组中产生的反电动势电压,用于功放输出极上。具有提高输出电流增大驱动力矩,改变矩频特性的规律性,电路结构上简单。
Description
同步补偿式脉冲功率驱动***。
本实用新型涉及脉冲功率驱动电源。
本实用新型与一般的脉冲功率驱动电源(单高压式驱动电源高低压式驱动电源,恒流源式驱动电源等)主要区别之处在于本驱动***是采用了反电动势脉冲同步补偿方法,设计脉冲功率驱动源,利用步进电机绕组在脉冲工作状态下产生的反电动势脉冲电压,通过补偿电路,来补偿功放输出级的工作电压。可以增大输出电流,提高驱动力矩。同时具有很好的矩频特性,它不同一般驱动电源矩频特性那样随频率增加输出力矩减小,而是随频率增加输出力矩保持不变或有所增加的规律性。本驱动***由于反电动势能量得到利用,直流高压可以减小,动态损耗成平方关系降低,驱动***的热效应与稳定性问题得到了解决,使工作可靠性提高。
本实用新型的目的是,为了数控***中的驱动电源具有好的矩频特性,增大输出力矩,提高工作可靠性。
本驱动***由五部分组成:见图1,输入接口电路(I),功放电路(II),补偿电路(III),电源电路(IV),步进电机负载(V)。
本驱动***的基本原理,电路结构和连接关系是:
基本工作原理:脉冲控制信号通过接口电路,送入功放电路经功放放大后,输出脉冲电流,供给步进电机驱动运转。
电路结构:图1(I)接口电路由PIO和反向驱动器构成图1(II)功放电路由光电隔离器,脉冲放大级,功放推动级,功放输出级构成。图1(III)补偿电路由全桥整流电路构成。图1(IV)电源电路,由经稳压输出有+5V,E1,E2,E3和未经稳压输出的有直流高压EH,低压EX,EZ组成。
电路连接关系见图2。
本驱动***的功放输出级设计中采用了反电动势脉冲同步补偿方法,并且接入了补偿电路,目的是把反电动势脉冲电压加到功放输出级高压两端上,达到提高输出电流,增大驱动力矩。它的理论根据是,当微机数控***中的执行元件为步进电机时,它的每相绕组Lφ在工作过程中它是一个变电感负载阻抗,它在脉冲电磁场下运动时绕组中会产生反电动势Ei=-Lφ*dI/dt波形见图3,其幅值为电源电压的几倍之多,通过实际测试(MCL-2A型补偿式驱动源)Ei=3~3.5EH(EH为直流高压)。Ei这种高电压能量设法利用是十分有益的。在脉冲驱动源中可以得到利用的根据是:数控***中的脉冲驱动源它是按照计算机在一定程序控制下,严格按照一定的时间关系输出脉冲,每相绕组工作时产生的反电动势与时间关系,也是由计算机工作程序决定的,绕组中的工作电压和反电动势与时间关系的波形见图4(三相六拍方式)。
应用反电动势脉冲同部补偿方法的原理:经过补偿电路,把A相绕组运动时产生的反电动势脉冲电压取出来,用来补偿与它同步运行的C相或B相工作时的电源电压。同理B相的用来补偿A相或C相工作时的电源电压。C相的用来补偿A相或B相工作时的电源电压,各相的补偿关系见图4,图中虚线所指向的关系为补偿关系。
时间为t1时,A相的反电动势脉冲用来补偿与它同步运动的C相,t2时C相的反电动势脉冲用来补偿与它同步运动的A相,t3时,B相的反电动势脉冲用来补偿与它同步运动的A相这样有规律的循环下去,使每相运动一步都会得到其他相绕组产生的反电势脉冲电压来补偿。
补偿电路的基本原理、结构和它与直流高压电源的连接关系,
步进电机在脉冲电压下工作时,每相绕组中产生的反电动势脉冲电压为一交变电压。它可等效为一个交流电压源,绕组两端相当于交流电压源的输出绕组的两端,补偿电路为四个二极管构成的一个全桥整流电路,它与绕组和直流电压源的连接方法见图5。绕组的两端分别连接到补偿电路输入两端上,补偿电路的输出两端并联方式接到直流高压电源的正端和地端上(为公共地),通过补偿电路把反电动势交变脉冲电压变换为直流电压,用并联方式接入到直流高压电源上,从而通过高压使功率输出级得到补偿。步进电机每相绕组都有一个独立的补偿电路,部分别以并联方式接入到直流高压电源两端上。接入补偿电路后,加到功放输出级上的直流高压为EA=EH+ΔEio(n)(n为电机转速)ΔEio(n)与n成正比关系,n与工作频率f有关,则EA与f(n)也是正比关系,见图6。
接入补偿电路后,流过负载的电流为I3=I2+I1,见图7,I3为流过绕组负载的总电流。I1为EN供给的电流,I2为ΔEi0(n)供给的电流。由于通过绕组负载的电流I3与I2成正比关系,I2与n有关,n与工作频率f有关,所以I3与f有关,都为正比关系。
本实用新型的积极效果:应用反电动势脉冲同步补偿关系,把步进电机绕组中的反电动势能量得到了利用,提高了驱动电源的脉冲输出电流值,增大了输出力矩,具有很好的矩频特性。改变了传统的矩频特性的规律性,力矩不是随频率增加而减小,而是随频率增加而有所增加或保持不变,见图8所示,由于采用了反电动势脉冲同步补偿关系,可以适当减小功放输出级的直流高压EH值,使脉冲功放管的动态损耗成平方关系减小。使功放管输出级的热效应与稳定性问题得到解决。
附图说明:
图1为同步补偿式脉冲功率驱动***。其中标号(I)为输入接口电路。标号(II)为功放电路,它包括光电隔离器,脉冲放大级,功放推动级,功放输出级等电路。标号(III)为反电动势脉冲同步补偿电路。标号(IV)为电源电路,它包括经稳压的电压源+5V,E1,E2,E3,未经稳压的电压源有EH和EZ,EX。标号(V)为步进电机绕组负载。
图2为同步补偿式脉冲功率驱动***的电路结构和连接关系图(X和Z两坐标三相电路)。其中标号VRPS为稳压器;LVPS为低压电源;输出有E1、E2、E3;PS为功放电源PF为补偿电路;Lφ为步进电机绕组;PAHX为X坐标高压功放电路;PAHZ为Z坐标高压功放电路;PAX1为X坐标功放电路;PAZ1为Z坐标功放电路。
图3为反电动势波形图。
图4为各相反电动势补偿关系图。
图5为补偿电路结构连接图。
图6为补偿后直流高压EA与f(n)的关系图。
图7为补偿后绕组负载上的电流关系图。
图8为同步补偿式脉冲功率驱动***的矩频特性图。
图9为同步补偿式脉冲功率驱动***的实施例图。
实施例:应用于改造车床(C6140)设备的同步补偿式驱动***,电路结构连接关系,无件型号、参数等见图9。图9为一相绕组驱动电路,其它各项均相同。步进电机11OBF-1,E1=15V,E2=10V,EX=EZ=5V,EH=56V。补偿电路由四个二极管D构成。
本驱动***已用于改造C6140车床为两用设备,即手工操作和自动数控加工,不拆原机床零件,保留了原机全部功能。
Claims (2)
1.同步补偿式脉冲功率驱动***,由五部分组成:输入接口电路(I),功放电路(II),补偿电路(III)电源电路(IV),步进电机负载(V),
本实用新型的特证是采用反电动势脉冲同步补偿方法,设计脉冲功放驱动源,将步进电机绕组在脉冲状态下产生的反电动势脉冲电压,通过补偿电路,以并联方式连接到功放输出级的直流高压电源两端上,补偿工作电压值,使输出电流增大,提高了驱动力矩,具有好的矩频特性。
2.根据权力要求1的驱动***,其特征是步进电机绕组产生的反电动势脉冲交变电压,将它等效为一交变电源,电机绕组等效为这一交变电源的输出绕组,绕组的两端分别接到补偿电路的输入两端上,补偿电路的输出两端并联接入到直流高压电源的两端上(其中有一公共地端),它再与直流高压一起加到功放输出级上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 88214917 CN2037900U (zh) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | 同步补偿式脉冲功率驱动*** |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN 88214917 CN2037900U (zh) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | 同步补偿式脉冲功率驱动*** |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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CN2037900U true CN2037900U (zh) | 1989-05-17 |
Family
ID=4847790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CN 88214917 Withdrawn CN2037900U (zh) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | 同步补偿式脉冲功率驱动*** |
Country Status (1)
Country | Link |
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CN (1) | CN2037900U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101888207A (zh) * | 2009-05-14 | 2010-11-17 | 多拉股份公司 | 在前馈电压模式中驱动步进电动机的方法和硬件*** |
-
1988
- 1988-10-20 CN CN 88214917 patent/CN2037900U/zh not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN101888207A (zh) * | 2009-05-14 | 2010-11-17 | 多拉股份公司 | 在前馈电压模式中驱动步进电动机的方法和硬件*** |
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