Способ управления двухфазным шаговым электродвигателем с несимметричными полюсами

) (11 4 Н 02 Р 8/00 ИСАНИЕ РЕТЕНИЯ ЛЬСТВУ СВИ ВТОРСН о и мен щих силным магазои и пост создаванитом. ил. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ 1(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМШАГОВЬМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С НЕСИММЕТРИЧНЫМИ ПОЛЮСАМИ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлениюдвухфазным шаговым электродвигателемс несимметричными полюсами. Цельизобретения - повышение тягового усилия и быстродействия двигателя.При обесточенных фазах двигательразвивает фиксирующее усилие засчет неодинаковой площади зубцовыхзон его полюсов. Последовательнаяподача разнополярных импульсов управления на фазы двигателя вызываетвозбуждение зубцовых зон обоих полюсов в соответствующей последовательности. При управлении двигателемамплитуду импульса напряжения, полярность которого соответствует возбуждению полюса меньшего сечения,увеличивают пропорционально квадратам отношений площадей, активных поверхностеи полюсов больш шего сечений и магнитодв(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 быстродейст вия 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. 20Способ 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 Я постоянного магнита. Фиксирующее усилие равно разности усилий большой и малой эубцовой зоны П-образных полю 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 В - магнитная индукция в2зубцах первой и второй эубцовой зоны П-образного полюса;8 и Б - соответственно их площади. Так как В 8= (где Ч - магнитТный поток соответствующей зубцовойэоны), то, заменяя площади эубцовыхзон Я соотношением п =- = - , полу 1чаем, что усилие П-образного полюсапропорционально квадратам отношенийпотоков и площадейт.е. где 9 и Р - магнитные потоки малой2и большой эубцовых зонП-образного полюса.Подача импульса напряжения положительной полярности (Б, на фиг. 2) на фазу П-образного полюса вызывает магнитный поток, который увеличивает магнитный поток малой зубцовой зоны 9 и уменьшает магнитный поток большой Р . При достаточном уровне воз 2буждения 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 (Б на фиг. 2) вызывает магнитный поток противоположного направления, который увеличивает магнитный поток большого полюса Р и уменьшает маг 2нитный поток малого полюса СР, . При определенном соотношении амплитуд положительного и отрицательного имП пульсов напряжения питания фазы К=) 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 малойзубцовой зоны П-образного полюса при положительной и отрицательнойполярности питающего напряжения;- то же, для большой эубцовой зоны.соотношений РГп Р, Р Р +Р 1+и о 2 " 1+и магнитный поток постоянного магнита;магнитный поток фазы приположительной и отрицательной полярности питающегонапряжения, 1274115(5) 15 Последовательная подача разнополярных импульсов управления П и П на фазь электродвигателя вызывает ,возбуждение зубцовых зон обоих полю 20 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 зубцовойзоны; б - большой; первая буква определяет зубцовую зону правого П-образного полюса; левая - левого.При выполнении условия (5) электродвигатель будет развивать постоянное тяговое усилие независимо от электрического состояния фаз и перемещаться без колебаний скорости.Устройство (фиг. 3), реализующее предлагаемый способ управления, со 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 источником питания Б постоянного тока резистивным двигателем 11 напряжения. Цепь управления ключами 3-10 содержит распределитель импульсов 12, за дающий генератор 13 импульсов и дио 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 Б 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 повышаться при и -+1. Так, например, при п=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 1007 приводит к увеличению усилия двигателя в 3,16 раза.формула изобретенияСпособ 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения тягового усилия и быстродействия электродвигателя, управление ведут разнополярными импульсами, а амплитуду импульса напря1274115 Составитель 3, Горникактор И, Бандура Техред В.Кадар Корректор Т. Колб риятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4 полиграфическое пре водстве жения, полярность которого соответствует возбуждению полюса меньшегосечения, увеличивают пропорциональноквадратам отношений площадей активЗаказ 6488/56 Тираж 631 ВНИИПИ Государственного по Делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушных поверхностейменьшего сеченийсил, создаваемыхмагнитом. Подписноемитета СССРоткрытийая наб., д4/5 Ьполюсов большего ии магнитодвижущихфазой и постоянным