Способ восьмитактного управления четырехфазным шаговым двигателем Советский патент 1983 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления шаговыми электродвигателями, и может быть использовано в ПОЗИЦИ0ННЫХ силовых электроприводах различных машш и механизмов, требуюпдах больших ускорений и большой частоты включений. Известен способ врсьмитактного управления шагрвыл двигателем с беэобмоточным зубчатьвч ротором и статором, имеющим восемь полюсов с зубцовыми зернами, охваченных катушками путем их коммутации с поочередню включением то двух, то трех катушек 13. Недостатками указанного способа являются необходимость выполнения спехдаальной неси1Ф1етричн6й магнитной системы статора и появление сил однс осного Магнитного тяжёния, ухудшаЮ щих работу двигателя. Наиболее близким к преапаг&еыому йвляется способ врсьмитактного управлений четырехфазньм шаговым дви гателем с безобмоточньт эубчатьш pd Topcm и статором, имеющим вос&лъ полюсов с симметричными зубцовьмизсииами, охваченными кат шжёши, каждая пара которых, расположенная на дй-. аметрально противоположных полюсах, составляет фазу, путем коммутации катушек фаз с одновременным включе-. нием через такт попарно обеих катушек двух смежных фаз Г2 Д. Недостатком известного способа управления шаговьвл двигателем является резко выраженная неравномерность синхронизнрукщих моментов при четном и нечетном нислё возбужденных фаз, определяемых по порядковым но- мерам первой половины полюсов в такте . Следствием этого является аани-; женноё значение частоты приемистости шагового двигателя и ухудшение устойчивости движения на резонансных частотах. того, в известном способе наблюдается возрастание npTv ебляемой мощности. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности отработки шага. Поставленная цель достигается тем, что при восьмитактном способе управления четырехфазным шаговым двигателем с безо&лоточным зубчатьач ротором и CTetTopOM, имеющим восемь ; полюсов .с симметричными зубцовыми зонами охваченными катушками, каждая ; пара которых, расположенная на диаметрально противоположных полюсах. составлйет фазу, путем коммутации катушек фаз с одновременным включе,нием через такт попарно обеих катушек двух смежных фаз, катушки фаз коммутируют раздельно, включая в ос тальных тактах попарно две катушки одной фазы и по одной катушке двух смежных с ней фаз. ; При таком способе управления ч.е-тырехфазным шаговым двигателем умен шается неравномерность синхронизирующего момента, развиваемого двигателем при разных тактах коммутаци и увеличивается результирующий момент, что повышает быстродействие двигателя при снижении потерь и уменьшает неравномерность отработки шага. На фиг. 1 изображены векторные диаграммы намагничивающих сил, создаваемых катушками фаз, и результирующей намагничивающей силы при различных тактах коммутации на фиг. 2 - угловые характеристики ста тических синхронизирующих моментов для двух соседних тактов коммутации, а на фиг. 3 - принципиальная схема устройства, реализующего пред лагаемый способ управления. Способ осуществляется следующим образом. Катушки1 - 8 с полюсами статора шагового двигателя (фиг. 1.) обознач ны в порядке их следования по часовой 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. / направлени вектора намагничивающей силы возт. бужденной катушки обозначено стрелкой с внешней стороны окружности, а направление вектора геометрической суммы намагничивающих сил - стр кой внутри окружности. Примем за ис ходный нулевой .такт коммутации одновременное возбузкдение катушек 1,5 и 2,6, т.е. одновременное возбуждение обеих катушек двух смежных фаз (такт О, фиг. 1. При этом вектор результирующей намагничивающей силы расположится симметрично между векторами намагничивающих сил катушек 1 и 2 (такт О, фиг. l). Следует отметить, что на диаграммах (фиг.1 геометрический угол поворота намагничивающих сил вдвое меньше электрического угла поворота ротора шаго вого двигателя. Это связано с размещением на окружности восьми полюсов статора, геометрический угол ме ду которыми составляет ТС/4, а элект рический С/2, поскольку эубцы диаметрально противоположных полюсо совпадсшт и электрический угол межд 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 соответственно первой и третьей фазы. Вектор результирующей намагничивающей силы на диаграмме (фиг, 1) поворачивается на геометрический угол , а ротор-- на электрический шаг, равный 7С/4, поскольку катушки 1 и 2 смещены в магнитном отношении на электрический угол 7t/2. В третьем такте (11 I на фиг.1) вновь возбуждаются по две катушки двух смежных фаз, при этом ротор поворачивается еще на шаг, равный 1L/ и т.д. На фиг. 2 сплошными линиями изображены угловые характеристики статичес кого синхронизирующего момента К ({), 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 С кривые 9, 10 и 11 и 12. Кривая 9,, показанная сплошной линией и соответствующая возбуждению катушек 1,5, 2, 6 (такт 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 иакт . 1J. Как следуетиз рассмотренных кривых 9-12 они сдвинуты друг относительно друга на угол , т.е. на два шага. Различие в развиваемых моментах рассматриваемого и несимметричного способов управления четырехфазным шаговым двигателем проявляется в нечетных тактах коммутации 1,111... и т.д. В такте 1 возбуждаются катушки 2, 6, 3 и 5, чему соответствует кривая 13 синхронизирующего момента, показанная на фиг. 2 сплошной линией. Эта кривая сдвинута относительно кривой 9 (соответствующей такту 0) на угол ТС/4, т.е. на шаг. При эхом максимальное значение момента, развиваемого двигателем снижается незна чительно. Для сравнения 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 спос1об управления увеличивает момент двигателя при одновременном уменьшении потребляемой мощности.

На фиг. 3 приведен пример вьтол неиия устройства для управления четырехфазным шаговым двигател л, pea лизующего описываемый способ. Устройство содержит реверсивныйдвоичный счетчик 15, дешифратор 16, уси- ; лители мощности 17-24 и шаговый двигатель 25 с катушками 1-8 управления..

Устройство работает следующим образом.

Управляккцие импульсы поступают на счетный вход с ревех сивного счётчика 15. Выбор направления движения осуществляется подачей единичного сигнала на один кз входов направления счета + или - Двоичный код, вырабатываемый на выходах счетчика 15, преобразуется дешифратором 16 в мно- гоканальный последовательный код, . ; управлякнций усилителями мощности 17; 24,которые коммутируют катушки 1 8 шаГовоГо двигателя 25 в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг. 1.

Формула изобретения Способ восьмитактного управления четырехфазным шаговым двигателем с безобмоточным зубчатым ротором и стато юм, имеющим восемь полюсов с симметричными зубцовыми зонами, ох;Ваченными катушками, каждая пара ко торых, расположенная на диаметрально противоположных полюсах, составляет фазу, путем коммутации катушек фаз с одновременным включением через iTaKT попарно обеих катушек двух CMe;iных фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности отработки шага, катушки фаз Коммутируют раздельно, включая в остальных тактах попарно две катушки одной фазы и по одной катушке двух смежных с нею фаз.

Источники инфоЕЯлации, принятые во внимание при .экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 180240, кл. Н 02 К 37/00, 1964.

2.Дискретный электропривод с шаговьми двигателями. Под. ред. М.Г.Чн ликина, М., Энергия, 1971, с. 78.1