Способ управления двухфазным шаговым электродвигателем с несимметричными полюсами Советский патент 1986 года по МПК H02P8/00 H02P8/28 

IND

NU

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению шаговыми электродвигателями с фиксацией положения при обесточенных обмотках, и может быть использовано в установках с шаговыми электродвигателями, требующими отключения питания в режиме позиционирования.

Целью изобретения является повышение тягового усилия и быстродейстВИЯ шагового двигателя.

На фиг. 1 схематично показана магнитная система двигателя с несимметричными полюсами; на фиг. 2 временные диаграммы импульсов напряжений, подаваемых на фазы двигателя; на фиг. 3 - схема устройства для управления двухфазным двигателем с несимметричными импульсами напряжения .

Способ управления шаговым электродвигателем заключается в следующем. При обесточенных фазах электродвигатель (фиг. 1) развивает фиксирующее усилие за счет неодинаковой площади зубцовых зон его П-образных полюсов,

возбуждаемых магнитнь&ш потоками ф

постоянного магнита. Фиксирующее усилие равно разности усилий большой и малой зубцовой зоны П-образных полюсов. Усилие каждой зубцовой зоны пропорционально квадрату магнитной индукции в зубцах данной зубцовой зоны и площади этой зубцовой зоны, поэтому усилие каждого П-образного полюса пропорционально разности

2. 2

.(1)

Б 5„ -Б S

ч ч 11

В и Б - магнитная индукция в

зубцах первой и второй зубцовой зоны П-образного полюса;

S и S - соответственно их площади.

а f

Так как Б S р- (где ЯР - магнитный поток соответствующей зубцовой зоны), то, заменяя площади зубцовых

За Ь

зон S соотношением п -g- - , получаем, что усилие П-образного полюса пропорционально квадратам отношений потоков и площадей,, т.8.

(2)

где Т и ф - магнитные потоки малой и большой зубцовых зон П-образного полюса.

Подача импульса напряжения положительной полярности (Ц нафиг. 2) на фазу П-образного полюса вызьтает магнитньй поток, который увеличивает магнитный поток малой зубцовой зоны ЯР и уменьшает магнитный поток большой Ф. При достаточном уровне возбуждения суммарное усилие зубцовых зон П-образного полюса оказывается противоположно по знаку фиксирующему усилию полюса, а по амплитуде оно может превышать фиксирукнцее усилие в заданное число раз.

Отрицательные импульс напряжения (Ujj на фиг. 2) вызывает магнитньй поток противоположного направления, который увеличивает магнитный поток большого полюса f и уменьшает магнитный поток малого полюса Т . При определенном соотношении амплитуд положительного и отрицательного ими

пульсов напряжения питания фазы

суммарные усилия зубцовых зон П-образного полюса при разной полярности напряжения питания будут равны по величине и противоположны по знаку. Условие равенства усилия П-образного полюса при разной полярности питающего напряжения имеет следующий вид:

,;. i. .GV - (;/

(3)

п п

- магнитные потоки малой зубцовой зоны П-образного полюса при положительной и отрицательной полярности питающего напряжения;

- то же, для большой зубцовой зоны. соотношений

Ф

h

.

Ф2 °а

-Ф.

1+П

-ф . ср q)

+%;

2 l+n

магнитный поток постоянного магнита;

магнитный поток фазы при

положительной и отрицательной полярности питающего напряжения. условие (3) принимает следующий вид ф.ф.1),(к-1) :и-1) (А ср .ср t-n о К :и вводя Учитывая, что oбoз aчeниe - m, получаем услови равенства усилий П-образного полюса в виде п(m+n+1)2 -(mn-n-1)(п+1)(n+1)2.(5) Последовательная подача разнополярных импульсов управления U и U на фазы электродвигателя вызывает .возбуждение зубцовмх зон обоих полю сов в соответствующей последователь ности. Считая возбужденной такую зу цовую зону П-образного полюса, усилие которой в данньш момент времени превышает усилие другой, и учитывая что в каждый момент времени возбуждения одна из зубцовых зон каждого П-образного полюса электродвигателя получим последовательность возбуждения зубцовых зон -мб-бб-бм-мм-мб-, где м - возбуждение малой зубцовой зоны; б - большой; первая буква определяет зубцовую зону правого П-образного полюса; левая - левого. При выполнении условия (5) электродвигатель будет развивать постоян ное тяговое усилие независимо от электрического состояния фаз и перемещаться без колебаний скорости. Устройство (фиг. 3), реализующее предлагаемый способ управления, содержит два мостовых усилителя мощности, нагрузкой которых служат фазы 1 и 2 электродвигателя. Усилители мощности состоят из ключей 3-6 и 7-10, связывающих фазы 1 и 2 с источ НИКОМ питания U постоянного тока резистивным двигателем 11 напряжения. Цеп управления ключами 3-10 содержит распределитель импульсов 12, задающий генератор 13 импульсов и диоды 14 и 15. Устройство работает еледз ощим образом. Частота коммутации фаз определяет ся частотой задающего генератора 13, импульсы которого преобразуются распределителем импульсов 12 в двухфазную систему разнополярных импульсов. которые подаются на управляюпще входы ключей 3-6 и 7-10. Диоды 14 и 15 обеспечивают работу пар ключей 3, 4 и 5,6 одного усилителя и пар ключей 7, 8 и 9, 10 другого усилителя в противофазе, т.е. при проводящем состоянии ключей 3, 4 ключи 5, 6 заперты и наоборот. При этом, когда открыты ключи 3 и 4 или 7 и 8 к фазам электродвигателя подается полное напряжение источника. и положительной полярности, а когда открыты ключи 5 и 6 или 9 и 10 - напряжение противоположной полярности, снимаемое с делителя 11, чем обеспечивается разная амплитуда импульсов напряжения питания фаз двигателя разной полярности. Применение предлагаемого способа управления дает возможность увеличить усилие электродвигателя с несимметричными полюсами. Поскольку величина фиксирующего усилия пропорциональна несимметрии П-образных полюсов двигателя, то рост усилия, развиваемого , двигателем, будет повьшаться при . Так, например, при , 5 увеличения амплитуды импульса положительной полярности на 50% при одновременном введении импульса отрицательной полярности с амплитудой, , удовлетворяющей соотношению (5), приводит к увеличению усилия двигателя в два раза. При этом кратность движущего и фиксирующего усилия двигателя становится равной двзгм. Увеличение амплитуды импульса положительной полярности на 100% приводит к увеличению усилия двигателя в 3,16 раза. Формула изобретения Способ управления двухфазным шаговым электродвигателем с несимметричными полюсами, возбуждаемыми магнитными потоками фаз и постоянного магнита, путем четырехтактного возбуждения его фаз двумя последовательностями прямоугольных импульсов напряжения, смещенных во времени друг относительно друга на один такт, отличающийся тем, что, с целью повышения тягового усилия и быстродействия электродвигателя, управление ведут разнополярными импульсами, а амплитуду импульса напряжения, полярность которого соответствует возбуждению полюса меньшего сечения, увеличивают пропорционально квадратам отношений площадей активФо

ipj Ф

/ А

(Pus.-f . ных поверхностей полюсов большего и меньшего сечений и магнитодвижущих сил, создаваемых фазой и постоянным магнитом.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению двухфазным шаговым электродвигателем с несимметричными полюсами. Цель изoбpefeния - повышение тягового усилия и быстродействия двигателя. При обесточенных фазах двигатель развивает фиксирующее усилие за счет неодинаковой площади зубцовьпс зон его полюсов. Последовательная подача разнополярных импульсов управления на фазы двигателя вызьшает возбуждение зубцовых зон обоих полюсов в соответствующей последовательности. При управлении двигателем амплитуду импульса напряжения, полярность которого соответствует возбуждению полюса меньшего сечения, увеличивают пропорционально квадратам отношений площадей, активных поi верхностей полюсов большего и меньшего сечений и магнитодвижущих сил, (О создаваемый фазой и постоянным магнитом. 3 ил.

и,

в

I I