Способ восьмитактного управления четырехфазным шаговым двигателем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ро1 001421

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-sy- (22) Заявлено Оф0181 (21) 3234140/24-07 (51}М Кт1 з

Н 02 P 8/00 с присоединением заявки ¹Государственный комитет

:ссср ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет(53} УДК 621. 313., .13-525(088.8) Опубликовано 280 83, Бюллетень ¹8

Дата оппубликования описания 28.02.83 (72) Авторы изобретения

С.A.Kàëèíè÷åâ, A.Ñ.Ôèëàòîâ, Всесоюзный ордена Ленина научи и проектно-конструкторский инс машиностроен (71) Заявитель о (54) СПОСОБ BOCbNHTAKTHOI О УПРАВЛЕНИЯ

ЧЕТЫРЕХФАЗНЫЧ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится -к электротехнике, а именно к устройствам для управления шаговым электродвигателями, и может быть использовано в позиционных силовых электропри-водах различных машин и механизмов, требующих больших ускорений и боль шой частоты включений. Известен способ восьмитактного управления шаговым двигателем с безобмоточным зубчатым ротором и статором,.имеющим восемь полюсов с зубцовыми. зонами, охваченных катушками, путем. их коммутации с поочередным включением то двух, то трех катушек 1.1).

Недостатками укаэанного способа являются необходимость выполнения специальной несюв етричной магнитной системы статора.и появление сил одноосного магнитного тяжения, ухудшаю- щих работу двигателя.

Наиболее близким к.предлагаемомУ является способ восьмитактного уп. равления четырехфазным шаговым дви гателем с безобмоточным эубчатык pdтором и статором, имеющим восемь по люсов с симметричными зубцовыми зо нами, охваченными катушками, каждая пара которых, расположенная. на ди аметрально противоположных полюсах, составляет фазу, путем коммутации катушек фаз с одновременным включе- . нием через такт попарно обеих кату аек. двух смежных фаз 2 .

Недостатком известного способа управления шаговым двигателем явля- ется резко выраженная неравномерность синхронизирующих моменхов при четном и нечетном числе возбужденныМ фаз, определяемых по порядковым номерам первой половины полюсов в так те. Следствием этого является ванн- . женное значение частоты приемистости шагового двигателя и ухудшение устойчивости движения на резонансных частотах. Кроме того, в известном способе наблюдается возрастание-йот .ребляемой мОЩНОстие

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности отработки шага.

Поставленная цель достигается тем, что при .восьмитактном способе управления.четырехфазным шаговым двигателем с безобмоточным зубчатым, ротором и статором, имеющим восемь полюсов .с сиве етричными зубцовыми saнами, охваченными катушками, каждая . пара которых, расположенная на диаЗо .метрально противоположных полюсах, 1.

1001421 составляет фазу, путем коммутации катушек фаз с одновременным включением через такт попарно обеих катушек двух смежных фаз, катушки фаэ коммутируют раздельно, включая в остальных тактах попарно две катушки одной фазы и по одной катушке двух смежных с ней фаз.

При таком способе управления че.тырехфазным шаговым двигателем умень 1р шается неравномерность синхронизирующего момента, развиваемого двигателем при разных тактах коммутации и увеличивается результирующий мо-, мент, что повышает быстродействие 15 двигателя при снижении потерь и уменьшает неравномерность отработки шага.

На фиг. 1 изображены векторные 2р диаграммы намагничивающих сил, созданаемых катушками фаз, и результирующей намагничивающей силы при различных тактах коммутации на фиг. 2 — угловые характеристики ста- 25 тических синхронизирующих моментов для днух соседних тактов коммутации, а на фиг. 3 — принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления. . ЗР

Способ осуществляется следующим образом. .Катушки 1 — 8 с полюсами статора шагового двигателя (фиг. 1) обозначе ны в порядке их следования по часо- 35 вой стрелке. Катушки диаметрально расположенных полюсов: 1,5; 2,6;

3,7; 4,8 образуют четыре фазы двигателя. На диаграммах (фиг. 1) для каждого такта от О до ХЧ направление 4р вектора намагничивающей силы воз бужденной катушки обозначено стрелкой с внешней стороны окружности, а направление вектора геометрической суммы намагничивающих сил — стРел45 кой внутри окружности. Примем за исходный нулевой такт коммутации одновременное возбуждение катушек

1,5 и 2,6, т.е. одновременное возбуждение обеих катушек двух смежных 5р фаз (такт О, фиг. 1). При этом вектор результирующей намагничивающей силы расположится симметрично между векторами намагничивающих сил катушек 1 и 2:(такт О, фиг. 1) . Следует отметить, что на диаграммах (фиг. 1) геометрический угол поворота намагничивающих сил вдвое меньше электрического угла поворота ротора шагового двигателя. Это связано с размещением на окружности восьми полю- 6р сов статора, геометрический угол меж. ду которыми составляет Я:/4, а электрический В/2, поскольку зубцы диаметрально противоположных полюсов совпадают и электрический угол между. 65 ними равен нулю. В следующем такте коммутации (такт 1 на фиг. 1) возбуждаются обе катушки 2 и 6 второй фазы и по одной катушке 5 и 3 соответственйо первой и третьей фазы. Вектор результирующей намагничивающей силы на диаграмме (фиг, 1) поворачивается на геометрический угол 7 /8, а ротор- — на электрический шаг, равный 7L/4, поскольку катушки 1 и 2 смещены в магнитном отношении на электрический угол Ж/2. В третьем такте (ill на фиг.1) вновь возбуждаются по две катушки двух смежных фаз, при этом ротор поворачивается еще на шаг, равный - E/4 и т.д.

На фиг. 2 сплошными линиями изображены угловые характеристики статического синхронизирующего момента Y-{a(.), развиваемого двигателем при управлении. Для сравнения штри-. ховыми линиями показаны аналогичные характеристики, соответствующие несимметричной коммутации. Для такта, характеризующегося возбуждением обеих катушек двух смежных фаз, моменты, развиваемые двигателем, равны для обоих способов управления (кривые 9, 10 и 11 и 12).

Кривая 9, показанная сплошной . линией и соответствующая нозбуждению катушек 1, 5, 2, б fòàêò О на фиг. 1) в предлагаемом способе должна полностью совпадать с штриховой кривой 10, соответствующей возбуждению этих же катушек при несимметричном способе коммутации. Также совпадают и кривые 10 и 11, соответствующие возбуждению катушек 2,6,3,7 (такт II на,.фиг. 1). Как следует из рассмотренных кривых 9 - 12 они сднинуты друг относительно друга на угол 7Г/2, т.е. на два шага.

Различие в развиваемых моментах рассматриваемого и несимметричного способов управления четырехфазным шаговым двигателем проявляется н нечетных тактах коммутации l,ill... и т.д. В такте 1 возбуждаются катушки

2, б, 3 и 5, чему соответствует кри- вая 13 синхронизирующего момента, показанная на фиг. 2 сплошной линией.

Эта кривая сдвинута относительно кривой 9 (соответствующей такту О) на угол 7Г/4, т.е . на шаг . При эхом максимальное значение момента, развиваемого двигателем снижается незна чительно. Для сраннения на фиг. 2 штриховой линией показана кривая 14, соответствующая шести возбужденным катушкам 1, 2, 3, 5, 6, 7 при несимметричном способе коммутации. Как следует из сравнения кривых 13 и 14, предлагаемый способ управления увеличивает момент двигателя при одновременном уменьшении потребляемой мощности.

5 1001421

На Фиг. 3 приведен пример выпол- нения устройства для управления четырехфазным шаговым двигателем, реа ч лизующего описываемый способ. Уст- с ройство содержит реверсивный двоичный счетчик 15, дешифратор 16, уси-, с лители мощности 17-24 и шаговый двн- в гатель 25 с катушками 1 - 8 управ- т ления. М

Устройство работает следующим образом.

Управляющие импульсы поступают на счетный вход с реверсивного счетчика

15. Выбор направления движения осуществляется подачей единичного сиг- 15 нала на один иэ входов направления счета + или -. Двоичный код, вырабатываемый на выходах счетчйка 15, преобразуется дешифратором 16 в мно- гоканальный последовательный код, . ;р управляющий усилителями мощности 17: 24,которые коммутируют катушки 1

8 шагового двигателя 25 в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг. 1. 25

Формула изобретения

Способ восьмитактного управления етырехфазным шаговым двигателем безобмоточным зубчатым ротором и статором, имеющим восемь полюсов с имметричными зубцовыми зонами, охаченными катушками, каждая пара ко орых, расположенная на диаметральо противоположных полюсах, составляет фазу, путем коммутации катушек фаз с одновременным включением через такт попарно обеих катушек двух смей. ных фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения быстро действия и точности отработки шага, катушки фаз йоммутируют раздельно, включая в остальных тактах попарно две катушки одной фазы и по одной катушке двух смежных с нею фаз.

Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе

1. авторское свидетельство СССР

В 180240, кл. Н 02 К 37/00, 1964.

2. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Под. ред. М.Г.Ч4,ликина, М., "Энергия"; 1971, с. 78. !

Фцг f

1001421

ВНИИПИ Заказ 1441/72 Тираж 685 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4