Способ контроля устойчивой отработки шага однофазным шаговым двигателем с активным ротором

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться при изготовлении и эксплуатации часовых шаговых двигателей. Цель изобретения - повышение достоверности и надежности контроля работоспособности шагового двигателя. Способ заключается в том, что на двигатель подают разнополярные импульсы с заданными величинами двительности и напряжения , после окончания каждого импульса замыкают фазу накоротко, а после перехода тока через нуль проводят в заданном временном интервале поиск экстремума кривой тока, при обнаружении которого регистрируют устойчивую отработку шага. При этом на. двигатель подают импульсы номинальной длительности и пониженного напряжения. Дополнительно подают импульсы номинальной длительности и повышенного напряжения при фиксированной нагрузке на валу, а устойчивую отработку шага регистрируют лишь при наличии указанных экстремумов как при пониженном, так и при повышенном напряжениях. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социдлистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЪ|р| КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759232/07 (22) 17.11,89 (46) 07.10.91. Бюл. М 37

{71) 1-й Московский часовой завод им. С.M,Êâ рова (72) Е.Ф.Кулевская, О.M.Êóçíåöoâà, Г.Я.Стискина, Р.ПЛучинина и Е.В.Власов (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Проспект фирмы WISCHI Electronic А.G, Швейцария, 1989, Патент США |ч. 4370065, кл. 368/157, 1983. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОЙ

ОТРАБОТКИ ШАГА ОДНОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С АКТИВНЫМ POTOPOM (57) Изобретение относится к электротехнике и может использоваться при изготовлении и эксплуатации часовых шаговых двигателей. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к управлению и контролю электрических машин и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации однофазных шаговых двигатепеА, например часовых.

Цель изобретения — повышение достоверности и надежности контроля работоспособности двигателя.

На фиг,1 показаны составляющие статического синхронизирующего момента в функции угла 0 поворота ротора; на фиг.2— график, изменения составляющих и результирующего тока обмотки при совершении шага с непрерывным питанием; на фиг,3— то же, при импульсном питании с номиналь,, БЫ„„1б831б8 А1 (st)s Н 02 Р 8/00, Н 02 К 37/00 достоверности и надежности контроля работоспособности шагового двигателя. Способ заключается в том, что на двигатель подают разнополярные импульсы с заданными величинами двительности и напряжения, после окончания каждого импульса замыкают фазу накоротко, а после перехода тока через нуль проводят в заданном временном интервале поиск экстремума кривой тока, при обнаружении которого регистрируют устойчивую отработку шага.

При этом на, двигатель подают импульсы номинальной длительности и пониженного напряжения. Допол нительно подают импульсы номинальной длительности и повышенного напряжения при фиксированной нагрузке на валу, а устойчивую отработку шага регистрируютлишь при наличии указанных эксптремумов как при пониженном, так и при повышенном напряжениях, 1 з.h, ф-лы, 6 ил. ным напряжением; на фиг.4 и 5-то же, при импульсном питании с пониженным и повышенным напряжением; на фиг.6 — функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг.1 приняты обозначении:

М (0) — суммарный статический синхронизирующий момент;

M> (д) — активная составляющая (электромагнитный момент);

Мф(|7)- реактивная составляющая (фик-.

- сирующий момент);

81 — точка устойчивого равновесии активной составляющей момента;

1683168

Оо и ΄— начальная и конечная точки

1 устойчивого равновесия реактивной составляющей момента;

p — стартовое положение ротора отнасител ь но точ ки 01;

6 maxc максимальное угловое перемещение ротора при движении вперед.

Ка фиг, 2 показана экспоненциальная

Зависимость нарастания тока tp(t) QY времени t при заторможенном ооторе:

I,(t) = (1 — е т ), где Ió — установившееся значение такЭ в обмотке;

Т вЂ” электромагнитная постоянная времен;

i>ð(t) — зависимость от времени тока, наведенного в обмотке при вращении ротора;

1д(1) — зависимость от времени тока в обмотке шагового двигателя при отработке двигателем шага.

Первая точка пересечения lp(t) и i (t) соответствует времени tg1 прохождения ротором точки 01 (фиг,1) устойчивого равновесия активной составляющей момента, Вторая точка пересечения Ip(t) и 1д(т) соответствует времени t@. с отклонения ротора на максимальный угол вперед при отработке шага, На фиг.3 показана осциллограмма тока

iq(t) при импульсном питании двигателя от номинального напряжения, типичная для шаговых двигателей кварцевых наручных часов, где t — длительность управляемага импульса; 4 (t) — экспонента така при заторможенном после окончания импульса роторе.

С целью экономии потребляемой эчергии однафазный шаговый двигатель управляется короткими импульсами напряжения, которые заканчиваются раньше, чем ротор отработает шаг. Па окончании импульса движение ротора продал>кается, что находит отражение в колебательном характере изменения тока в закораченной обмотке двигателя, Наведенный в обмотке ток посла окончания импульсов имеет несколько экстремумов.

Первый экстремум (минимум тока положительного знака) соответствует отрицательному экстремуму наведенного в обмотке — îêà I >(t) и имеет место вблизи первой точки пересечения Ip (t) и iq(t), т,е, при положении ротора вблизи точки

В(фиг,1) устойчивого равновесия активной составляющ и момента.

Второй экстремум (максимум тока положительного знака) соответствует положительному экстремуму наведенного в обмотке тока Isp(t) и имеет .:,еста при положении ротора вблизи точки д устойчивого равновесия реактивной составляющей момента, Третий экстремум (максимум тока отрицательного знака) имеет место после остановки ротора в точке О„„, при его движении назад к точке О устойчивого равновесия. Таким образом, наличие третьего экстремума наиболее надежно свидетельствует о том, чта двигатель отработал шаг, так как он прошел точку б,, соответствующую шаговому перемещению.

15 Согласна изобретению для обеспечения устойчивой отработки двигателем шага в условиях работы в приводе с изменяющейся нагрузкой и напряжением. питания осуществляют производственный контроль

20 отработки двигателем шага только при пониженном или при пониженном и повышенном напряжении и фиксированной нагрузке на валу.

В обоих случаях в качестве критерия

25 устойчивой отработки шага выбирается наличие третьего экстремума в кривой тока, наведенного в обмотке шагового двигателя после окончания управляющего импульса.

30 Для контроля устойчивой отработки шага однофазным шаговым двигателем с активным ротором йа двигатель подают раз.-гаполярные импульсы заданного напряжен. з и длительности, после окончания

35 каждого импульса проводят в заданном временном интервале поиск экстремума кривой тока, наведенного в обмотке двигателя, при обнаружении экстремума регистрируют устойчивую отработку шага, причем конт40 роль двигателя производят при подаче импульсов номинальной длительности и пониженного напряжения относительно номинального значения при фиксированной нагрузке на валу, а поиск экстремума кри45 вой тока проводят после первого прохождения така через нулевое значение.

При грубых отклонениях от заданной геометрии двигателя может оказаться, то соотношение фиксирующего и электромаг50 нитного моментов ниже расчетного значения, При этом двигатель обладает избыточной энергией, которая может привести к сбою в его работе (обратному ходу, выбегу) в условиях, близких к холостому ходу. Для исключения случаев сбоя в работе шагового двигателя по причине малого фиксирующего момента проверяют устойчивость отработки шага при повышенном напряжении питания. При этом устойчивую отработку шага регистрируют лишь при наличии указанных экстремумов тока как при

1683168 пониженном, так и при повышенном напряжениях. Число подаваемых на двигатель импульсов каждой полярности и каждого уровня напряжения выбирается больше одного. 5

На фиг.6 показана функциональная схема одного из устройств, реализующего способ контроля устойчивой отработки шага двигателем с активным ротором.

Генератор 1 разнополярных импульсов, стабилизированных по амплитуде, имеет на выходе каналы с амплитудой импульсного напряжения 0м«и Омакс для питания обмотки шагового двигателя 2 через ключ К1.

Генератор 1 устроен так, что после окончания импульса обмотка шагового двигателя 2 закорачивается.

Преобразователь 3 ток — напряжение преобразует ток шагового двигателя 2 в пропорциональное напряжение, которое подается на детектор 4 уровня, служащий для задания временного интервала поиска экстремума тока шагового двигателя 2.

Детектор 4 уровня срабатывает при появлении на его первом входе напряжения с заданными величиной и знаком, Знак напряжения, на который должен реагировать детектор 4 уровня, задают сигналом коммутатора 5 на втором входе детектора 4 уровня, причем знак сигнала нэ этом входе изменяется в соответствии с изменением знака сигнала на первом входе, вырабаты. ваемого генератором 1 разнополярных импульсов.

При положительной полярности сигнала генератора 1 разнополярных импульсов детектор 4 уровня срабатывает на отрицательный сигнал, поступающий от преобразователя 3 ток — напряжение по первому входу. При отрицательной полярности сигнала генератора 1 рэзнополярных импульсов детектор 4 уровня срабатывает на отрицательный сигнал, поступающий от преобразователя 3 ток — напряжение по первому входу.

Величина напряжения срабатывания задается детектором 4 уровня так, что срабатывание детектора 4 уровня осуществляется вблизи перехода через нуль сигнала, вырабатываемого преобразователем 3 токнапряжение.

Поскольку напряжение на первом входе детектора 4 уровня пропорционально току шагового двигателя 2, срабатывание детектора по времени совпадает с переходом тока шагового двигателя 2 через нуль.

Таким образом, детектор 4 уровня реализует условие поиска экстремума тока только после прохождения его через нуль, 10

При поступлении сигнала от детектора

4 уровня срабатывает устройство 6 сравнения, которое сравнивает напряжение преобразователя 3 с заданным (опорным) напряжением,.::оступэющим от стабилизатора 7 опорногс напряжения одновременно с сигналом от г;зеобразовэтеля 3 ток — напряжение.

Если напряжение, поступающее от преобразователя 3 через детектор 4 уровня нэ устройство 6 сравнения, равно или превышает опорное напряжение, то загорается зеленая лампочка индикатора 8, показывающая наличие тоетьего экстремума и отработку двигателем 2 шага.

Если этого не происходит, то по прошествии заданного, определяемого экспериментальным путем, времени, достаточного для поиска третьего экстремума тока, устройство 6 сравнения посылает на индикатор

8 сигнал, от которого загорается красная лампочка, показывающая, что шаговый двигатель 2 бракованный.

Контроль шаговых двигателей с относительно большим фиксирующим моментом проводят только при одном положении ключа К1, соединяющего шаговый двигатель 2 с выходом генератора 1 UM H.

Контроль шаговых двигателей с относительно малым фиксирующим моментом проводят при двух положениях ключа К1, соединяющего шаговый двигатель 2 сначала с выходом генератора 1 U «, э затем — с выходом генератора 1 U >«. Каждый контроль проводят более одного раза, Годным считают тот шаговый двигатель 2, при контроле которого во всех случаях загорается зеленая лампочка.

Отбраковка по третьему экстремуму тока повышает достоверность и надежность контроля шагового двигателя с активным ротором.

Формула изобретения

1. Способ контроля устойчивой отработки шага однофазным шаговым двигателем с активным ротором, заключающийся в том, что на обмотку подают разнополярные импульсы с заданными напряжением и длительностью, после окончания каждого импульса проводят в заданном временном интервале поиск экстремума кривой тока, наведенного в обмотке двигателя, при обнаружении экстремума регистрируют устойчивую отработку шага, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и надежности контроля, указанные разнополярные импульсы подают с номинальной длительностью и напряжением, пониженным относительно его номинального значения, а поиск экстремума в кривой тока

1683168 проводят после первого прохождения тока через нулевое значение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно на обмотку подают импульсы номинальной длительности и напряжения, повышенного относительно его номинального значения, а устойчивую отработку шага регистрируют при наличии указанных экстремумов как при пониженном, 5 так и при повышенном напряжениях, 1 683168 (Ригб

Составитель В. Алфимов

Редактор А, Козориз Техред М.Моргентал Корректор M Кучерявая

Заказ 3421 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101