Шаговый электродвигатель

 

Оп ИСАНИЕ

„,>902164

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.04.80 (21) 2913759/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М К„з

Н 02 К 37/00

Государственный комитет (53) УДК 621.313. . 13-133.3 (088.8) Опубликовано 30.01.82. Бюллетень №4

Дата опубликования описания 05.02.82 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. С. Филатов, В. П. Рубцов и Е. А.

1 0МТЕтт." з.

Всесоюзный ордена Ленина научно-исследоватеЛьскии и проектноконструкторский институт металлургического машиностроения

1 (71) Заявитель (54) ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к шаговым электродвигателям, используемым в дискретных системах автоматического управления в качестве исполнительных элементов.

Известны шаговые электродвигатели, содержащие статор с зубчатыми полюсами, охваченными катушками, образующими многофазную обмотку управления, и зубчатый безобмоточный ротор (1).

Недостатком известных двигателей является плохое качество движения в области низких и высоких частот, обусловленное резойансными явлениями, вызываемыми импульсным возбуждением фаз обмотки управления. Колебания мгновенной скорости шагового двигателя приводят к потере устойчивости движения.

Для уменьшения колебаний мгновенной скорости шагового двигателя, т. е. повышения плавности движения, шаговый двигатель снабжают различного рода демпфирующими устройствами (демпферами) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является шаговый электродвигатель, содержащий статор с зубчатыми полюсами, охваченными катуш2 ками, образующими многофазную обмотку управления с числом фаз не менее трех (1).

Однако этот двигатель не имеет достаточной плавности движения.

Цель изобретения — повышение плавности движения.

Поставленная цель достигается введением в шаговый электродвигатель, содержащий статор с зубчатыми полюсами, охваченными катушками, образующими мно10 гофазную обмотку управления с числом фаз не менее трех, и зубчатый безобмоточный ротор, дополнительной катушки, расположенной на каждом полюсе и подключенной параллельно основной катушке смежного полюса.

Кроме того, в каждую фазу обмотки управления введен конденсатор, соединенный последовательно с дополнительной катушкой.

Такое выполнение шагового электродвигателя обеспечивает электрическое демпфирование колебаний мгновенной скорости благодаря образованию замкнутых электрических контуров. Указанные контуры создают демпфирующие моменты, пропорциональ- ные разности мгновенной и синхронной ско902164 ростей, т. е. не приводят к дополнительному нагружению двигателя, что способствует сохранению его нагрузочной способности во всем диапазоне частот.

На фиг. приведена схема размещения катучнек обмотки управления на полюсах статора применительно к четырехфазному индукторному двигателю; на фиг. 2 — — вариант схемы соединений с непосредственным подключением дополнительных катушек; на фиг. 3 — то же, с подключением дополнительных катушек через конденсаторы.

На магнитопроводе 1 статора двигателя (фиг. 1) расположены полюсы 2, охваченные двумя катушками — основными 3 (Wg) и дополнительными 4 (Wz) (ротор двигателя не показан). Основная и дополнительная катушка каждой пары смежных полюсов соединены napaëëåëüío непосредственно (фиг. 2) или через конденсатор 5 (фиг. 3). Катушки противоположных полюсов, соединенные между собой последовательно (фиг. 1, 2 и 3) или napaллельно. что несущественно для достижения поставленной цели, образуют фазу. На фиг. 1., 2 и 3 приведена схема об.лотки применительно к четырехфазному двигателю, фазы которого, образованные последовательным соединением катушек противоположно расположенных полюсов, обозначены соответственно I, II, 111, IV и подключены к выходу коммутатора 6.

Двигатель работает следующим образом.

Поочередное подключение фаз коммутатора к источнику питания (не показан) в последовательности 1 — II — I II — -!Ъ вЂ” 1 и т. д. обеспечивает смещение поля статора на шаг при каждом такге коммутации и, соответственно, поворот ротора на шаг в условном напразлении Вперед. Такая очередность коммутации фаз обеспечивается при подаче импульсов управления I> на вход

В коммутатора 6. Обратное чередование коммутации фаз 1 — IV — IП вЂ” II — 1 и т. д. обеспечивается подачей импульсов управления на вход Н коммутатора 6, что соответствует вращению ротора двигателя в условном направлении Назад.

Наиболее распространенной для четырехфазного шагового двигателя является парная коммутация, соответствующая двум одновременно включенным фазам. Предлагаемый двигатель допускает любой вид коммутации фаз, что определяется только типом коммутатора 6. При парной коммутации условному направленик> вращения Вперед соответствует чередование фаз: 1,11 — I I, I l I-111,1V — IV,! — I,II и т. д., а направлению вращения Назад — I I, I — l, EV — -IV, I II — 111, II — lI,! и т. д.

Улучшение демпфирующих свойств в предлагаемом двигателе достигается созданием г каждой фазе замкнутых контуров, содержащих катушки, расположенные на смежных полюсах, т. е. сдвинутых друг относительно друга на угол, равный

Я эл. град., где m — число фаз.

Как показывают исследования, значение демпфирующего момента, обеспечивающего устойчивость движения шагового двигателя в областях резонанса и автоколебаний, не превышает 10 — 20 /р от номинального значения момента. Такое значение демпфирующего момента получено в предлагаемом двигателе при снижении максимального момента двигателя приблизительно на

18 )

Реальные двигатели имеют сильно насыщенную магнитную систему и зависимость момента от тока у них близка к линейной. При этих условиях снижение максимального момента при введении демпфирующих катушек меньше указанных.

Непосредственное соединение основных

3 и дополнительных 4 катушек, как это показано на фиг. 1 и 2, возможно в случае выравнивания их активных сопротивлений, т. е. выполнения условия

Rr Rz где К, — активное сопротивление основной катушки;

):, активное сопротивление дополнительной катушки.

B ;rrnлпение этого условия приводит к необходимости намотки основных и дополнительных катушек, что нетехнологично. При намо к. катушек проводом одинакового сечения R. + К и цепосредственное параллельное включение катушек в установившемся режиме недопустимо. В этом случае используют подключение дополнительных катушек через конденсаторы 5, как показано на фиг. 3. Такое включение дополнительных катушек 4 устраняет их влияние на максимальный статический момент, поскольку в режиме останова ток по дополнительным катушкам не протекает. Включение конденсатора 5 в замкнутый контур позволяет такке путем варьирования его емкости достигнуть оптимальных условий демпфирования за счет уменьшения влияния индуктивного сопротивления обмоток.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства обеспечивается за счет более плавной отработки единичных шагов, что позволяет расширить скоростной диапазон работы двигателей, поскольку демпфирование двигателей позволяет либо полностью исключить зону резонансов, либо существенно ее сократить, а также увеличить точность позиционирования двигателей при отработке единичных шагов за счет сокращения величины динамической ошибки двигателей при демпфировании. Кроме того, замена используемого в настоящее время механического инерционного демпфера упрощает конструкцию и эксплуатацию щаговых двигателей.

902164

Формула изобретения

1. Шаговый электродвигатель, содержащий статор с зубчатыми полюсами, охваченными катушками, образующими многофазную обмотку управления с числом фаз не менее трех, и зубчатый безобмоточный ротор, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности движения, на каждом полюсе расположена дополнительная катушка, подключенная параллельно основной катушке смежного полюса.

2. Шаговый электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что в каждую фазу обмотки управления введен конденсатор, соединенный последовательно с дополнительной катушкой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Под ред. М. Г. Чиликина. М., «Энергия», 1971, с. 185.

2. Там же, с. 189.

902164

Составитель 3. Горник

Редактор М. Янович Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 12412/66 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4