Способ управления двухфазным шаговым электродвигателем с несимметричными полюсами

Способ управления двухфазным шаговым электродвигателем с несимметричными полюсами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ш4Н02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M ASTOPCMOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblT (21) 3700798/24-07 .(22) 13.02 ° 84 (46) 30.11.86. Бюл. № 44 (72) Б.А. Ивоботенко, В.Е. Луценко, В.Б. Баль, В.А. Алексеев и А.Д. Дмитриев (53) 621.313.13-133.3(088.8) (56) Патент США ¹- 3457482,, кл. Н 02 Р 7/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 989699, 1981. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ

ШАГОВЬМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С НЕСИММЕТРИЧНЫМИ ПОЛЮСАМИ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению двухфазным шаговым электродвигателем с несимметричными полюсами. Цель изобретения — повышение тягового

„,SU„„1274115 А1 усилия и быстродействия двигателя.

При обесточенных фазах двигатель развивает фиксирующее усилие за счет неодинаковой площади зубцовых зон его полюсов. Последовательная подача разнополярных импульсов управления на фазы двигателя вызывает 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 поверхностей полюсов большего и меньшего сечений и магнитодвижущих сил, создаваемый фазой и постоянным магнитом. 3 ил.

4 1274115 2

I гдето, и q, 40 и

С учетом

50 где Р Ро и Ро

Я Р и (2) Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению шаговыми электродвигателями с фиксацией положения при обесточенных обмотках, и может быть использовано 5 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. 20

Способ управления шаговым электродвигателем заключается в следующем.

При обесточенных фазах электродвигатель (фиг. 1) развивает фиксирующее усилие эа счет неодинаковой площади зубцовых зон его П-образных полюсов, возбуждаемых магнитными потоками 9 постоянного магнита. Фиксирующее усилие равно разности усилий большой и малой эубцовой зоны П-образных полю- 30 сов. 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 где В и  — магнитная индукция в

1 2 зубцах первой и второй эубцовой зоны П-образного полюса;

S u S — соответственно их пло1 щади.

Так как В S= — — (где Ч вЂ” магнитЧ ный поток соответствующей зубцовой эоны), то, заменяя площади эубцовых

s, ь зон S соотношением п = — = —, полу1 чаем, что усилие П-образного полюса пропорционально квадратам отношений потоков и площадей,,т.е. где Р и 7 — магнитные потоки малой

1 и большой эубцовых зон

П-образного полюса.

Подача импульса напряжения положительной полярности (U, на фиг. 2) на фазу П-образного полюса вызывает магнитный поток, который увеличивает магнитный поток малой зубцовой зоны

9 и уменьшает магнитный поток боль1 шой Р . При достаточном уровне воз2 буждения суммарное усилие зубцовых зон П-образного полюса оказывается противоположно по знаку фиксирующему усилию полюса, а по амплитуде оно может превышать фиксирующее усилие в заданное число раз.

Отрицательные импульс напряжения (U> на фиг. 2) вызывает магнитный поток противоположного направления, который увеличивает магнитный поток большого полюса Р и уменьшает маг2 нитный поток малого полюса O Ð, . При определенном соотношении амплитуд положительного и отрицательного имU пульсов напряжения питания фазы К= )

1 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: — магнитные потоки малой зубцовой зоны П-образного полюса при положительной и отрицательной полярности питающего напряжения; — то же, для большой эубцовой зоны. соотношений

СР i i h

- Р; = Р— +9,;

1+и О а " 1+n магнитный поток постоянного магнита; магнитный поток фазы при положительной и отрицательной полярности питающего напряжения, 1274115 условие (3) принимает следующий вид: 2 2 (Р +ч (- )) -(Р „- Р (1)) =

1 2 (Р + Р (n+1) ) — (Т вЂ” Р (>+1)) (a)

h м о о

Учитывая, что — = К:и вводя, 1о обозначение = m, получаем условия а 10 равенства усилий П-образного полюса в виде п(ш+и+1) — (mn-n-1) =(mn+k (и+1 Н вЂ”

-и pm-k (n+1) j . (5) 15

Последовательная подача разнополярн63х импульсов управления U и U на фазь электродвигателя вызывает ,возбуждение зубцовых зон обоих полю20 сов в соответствующей последовательности. Считая возбужденной такую зубцовую зону П-образного полюса, усилие которой в данный момент времени превышает усилие другой, и учитывая, 25 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 с зоны; б — большой; первая буква определяет зубцовую зону правого П-образного полюса; левая — левого.

При выполнении условия (5) электродвигатель будет развивать постоян-35 ное тяговое усилие независимо от электрического состояния фаз и перемещаться без колебаний скорости.

Устройство (фиг. 3), реализующее предлагаемый способ управления, со- <0 держит 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-45 ником питания U постоянного тока резистивным двигателем 11 напряжения.

Цепь управления ключами 3-10 содержит распределитель импульсов 12, задающий генератор 13 импульсов и дио- 5О ды 14 и 15.

Устройство работает следующим образом.

Частота коммутации фаз определяется частотой задающего генератора 13, 55 импульсы которого преобразуются распределителем импульсов 12 в двухфазную систему разнополярных импульсов, которые подаются на управляющие 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

U 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 вЂ образн полюсов двигателя, то рост усилия, развиваемого, двигателем, будет повышаться при и-+1. Так, например, при n=1 5 увеличения амплитуды импульса положительной полярности на 507 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 дви, гателя становится равной двум. Увеличение амплитуды импульса положительной полярности на 100Х приводит к увеличению усилия двигателя в

3,16 раза.

Ф о р мул а и з о б р е т е ния

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 напря1274115 бГ. 2

Составитель 3. Горник

Редактор M. Бандура Техред В.Кадар Корректор Т. Колб

Заказ 6488/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул . Проектная, 4 жения, полярность которого соответствует возбуждению полюса меньшего сечения, увеличивают пропорционально квадратам отношений площадей активных поверх иост ей меньшего сечений сил, создаваемых магнитом.

d полюсов большего и и магнитодвижущих фазой и постоянным