Способ восьмитактного управления четырехфазным шаговым двигателем

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 1 001421 Сфвз СоветскихСоциалистическихРеспублик Фр;(б 1) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 003.81 (23) 3234140/24" 07 И)М Ки,а Н 02 Р В/ОО с присоединением заявки МоГосударстаеииый комитет:ссср ио делам изобретений и открытий(23) Приоритет 153 УДК 621. З 1 З. .13-525 С 088.8) Опубликовано гй 083 Бюллетень Мо 8Дата опубликования описания 28.02.83 2) Авторьизобретен А.Калиничев, А.С.Филатов Всесоюзный ордена Ленина научи и проектно-конструкторский инс машиностроен(71) Заявитель ОСОБ ВОСЬМИТАКТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЫРЕХФАЗНЬЯ ШГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(5 оложных полюсах,тем коммутацииременным включе- .арно обеих катулак. Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления шаговьяи электродвигателями, и может быть использовано в позиционных силовых электроприводах различных машин и механизмов, требующих больших ускорений и большой частоты включений.Известен способ восьмитактного управления шаговьи двигателем с безобмоточным зубчатым ротором и статором,.имеющим восемь полюсов с зубцовыми. зонами, охваченных катушками, путем. их коммутации с поочередным включением то двух, то трех катушек 111.Недостатками укаэанного способа являются необходимость выполнения специальной несююетричной магнитной системы статора.и появление сил одноосного магнитного тяжения ухудшаю- щих работу двигателя.Наиболее близким к.предлагаемомУ является способ восьмитактного уп. равления четырехФазным шаговым дви гателем с безобмоточным эубчатыа рд. тором и статором, имеющим восемь по люсов с симметричньаии зубцовыми зо нами, охваченными катушками, каждая пара которых, расположенная. на диаметрально противопсоставляет Фазу, пукатушек фаз с одновнием через такт попдвух смежных фаэ 2.Недостатком известного способауправления шаговьач двигателем явля-ется резко выраженная неравномерность синхронизирующих моменхов причетном и нечетном числе возбужденныхФаз, определяемых по порядковым номерам первой половины полюсов в такте. Следствием этого является вани- .женное значение частоты приемистостишагового двигателя и ухудшение устойчивости движения на резонансныхчастотах. Крометого, в известномспособе наблюдается возрастание йот 20 ребляемой мОЩНОстиЦель изобретения " повышение быстродействия и точности отработки шага.Поставленная цель достигаетсятем, что при восьмнтактном способеуправления.четырехФазным шаговымдвигателем с безобмоточным зубчатым,ротором и стеьтором, имеющим восемьполюсов .с сиаететричными зубцовыми зОнами, охваченными катушками, каждая ,пара которых, расположенная на диа. З 0 .метрально противоположных полюсах,составляет фазу, путем коммутации катушек фаз с одновременным включением через такт попарно обеих катушек двух смежных фаз, катушки фаэ коммутируют раздельно, включая в остальных тактах попарно две катушки одной фазы и по одной катушке двух смежных с ней фаз.При таком способе управления четырехфазным шаговым двигателем умень 10 шается неравномерность синхронизирующего момента, развиваемого двигателем при разных тактах коммутации и увеличивается результирующий мо-, мент, что повышает быстродействие 15 двигателя при снижении потерь и уменьшает неравномерность отработки шага. На фиг. 1 изображены векторные 2 О диаграммы намагничивающих сил, созданаемых катушками фаз, и результирующей намагничивающей силы приразличных тактах коммутации нафиг. 2 - угловые характеристики ста тических синхронизирующих моментов для двух соседних тактов коммутации, а на фиг, 3 - принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления. . 30Способ осуществляется следующим образом.Катушки 1 - 8 с полюсами статора шагового двигателя (Фиг. 1) обозначе ны в порядке их следования по часо вой стрелке. Катушки диаметрально расположенных полюсов: 1,5; 2,6;3,7; 4,8 образуют четыре фазы двигателя. На диаграммах (фиг1) для каждого такта от 0 до ХЧ направление 4 О вектора намагничивающей силы возт бужденной катушки обозначено стрелкой с внешней стороны окружности, а направление вектора геометрической суммы намагничивающих сил - стред 45 кой внутри окружности, Примем за исходный нулевой такт коммутации одновременное возбуждение катушек 1,5 и 2,6, т.е. одновременное возбуждение обеих катушек двух смежных фаз (такт О, фиг. 1). При этомвектор результирующей намагничивающей силы расположится симметрично между векторами намагничивающих сил катушек 1 и 2 такт О, фиг. 1) . Следует отметить, что на диаграммах ( фиг. 1) геометрический угол поворота намагничивающих сил вдвое меньше электрического угла поворота ротора шагового двигателя, Это связано с размещением на окружности восьми полю сов статора, геометрический угол меж ду которыми составляет Ж/4, а электрическийВ/2, поскольку зубцы диаметрально противоположных полюсов совпадают и электрический угол между, 65 ними равен нулю. В следующем такте коммутации (такт 1 на фиг. 1 возбуждаются обе катушки 2 и б 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 Х/8, а ротор- - на электрический шаг, равный М;/4, поскольку катушки 1 и 2 смещены в магнитномотношении на электрический угол Ж/2. В третьем такте (111 на фиг.1) вновь возбуждаются по две катушки двух смежныхфаз, при этом ротор поворачивается еще на шаг, равный .В/4 и т.д.На фиг. 2 сплошными линиямиизображены угловые характеристикистатического синхронизирующего момента Е М), развиваемого двигателемпри управлении. Для сравнения штри-.ховыми линиями показаны аналогичныехарактеристики, соответствующие несимметричной коммутации. Для такта,характеризующегося возбуждениемобеих катушек двух смежных фаз, моменты, развиваемые двигателем, равныдля обоих способов управления (кривые 9, 10 и 11 и 12),Кривая 9, показанная сплошной .линией и соответствующая возбуждению катушек 1, 5, 2, б (такт О нафиг. 1) в предлагаемом способе должна полностью совпадать с штриховойкривой 10, соответствующей возбуждению этих же катушек при несимметричном способе коммутации. Также совпадают и кривые 10 и 11, соответствующие возбуждению катушек 2,6,3,7такт 11 на, фиг. 1). Как следует израссмотренных кривых 9 - 12 онисднинуты друг относительно друга наугол 7 Г/2, т.е. на два шага.Различие в развиваемых моментахрассматриваемого и несимметричногоспособов управления четырехфазнымшаговым двигателем проявляется внечетных тактах коммутации 1,111и т,д. В такте 1 возбуждаются катушки2, б, 3 и 5, чему соответствует кри-вая 13 синхронизирующего момента, показанная на фиг. 2 сплошной линией.Эта кривая сдвинута относительнокривой 9 Соответствующей такту 0)на угол 7 Г/4, т.е. на шаг. При этоммаксимальное значение момента, развиваемого двигателем снижается незначительно, Для сраннения на фиг. 2штриховой линией показана кривая 14,соответствующая шести возбужденнымкатушкам 1, 2, 3, 5, 6, 7 при несимметричном способе коммутации. Какследует из сравнения кривых 13 и 14,предлагаемый споСоб управления увеличивает момент двигателя при одновременном уменьшении потребляемоймощности,5 1001421На Фиг. 3 приведен пример выпол-нения устройства для управлениячетырехфазным шаговым двигателем, реа. ч лизующего описываемый способ, Уст- с ройство содержит реверсивный двоичный счетчик 15, дешифратор 16, уси- ,с лнтели мощности 17-24 и шаговый двн- в гатель 25 с катушками 1 - 8 управ- т ления. н 10 Устройство работает следующим образом.Управляющие импульсы поступают на счетный вход с реверсивного счетчика 15. Выбор направления движения осуществляется подачей единичного сиг нала на один иэ входов направления счета + или -. Двоичный код, вырабатываемый на выходах счетчйка 15, преобразуется дешифратором 16 в мно- гоканальный последовательный код, .;р управляющий усилителями мощности 17; 24,которые коммутируют катушки 1 8 шагового двигателя 25 в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг, 1, 25 Формула изобретенияСпособ восьмитактного управленияетырехфазным шаговым двигателембезобмоточным зубчатым ротором истатором, имеющим восемь полюсов симметричными зубцовыми зонами, охаченными катушками, каждая пара коорых, расположенная на диаметральо противоположных полюсах, составляет фазу, путем коммутации катушекфаз с одновременным включением черезтакт попарно обеих катушек двух смейных фаз, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия и точности отработки шага,катушки фаз йоммутируют раздельно,включая в остальных тактах попарнодве катушки одной фазы и по однойкатушке двух смежных с нею фаз.Источники информации,принятые во внимание при .экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 180240, кл. Н 02 К 37/00, 1964.2. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Под, ред. М.Г.Ч 1.1001421ПодписноеНИИПИ Заказ 1441/72 Тираж филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ктная,