Способ управления однофазным шаговым двигателем

)5 Н 02 Р 8/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТ ИСА ЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ститут ча- .В,Перву 8, 006995,ОФА(54) СПОС НЫМ ШАГ УПРАВЛЕНИЯЫМДВИГАТЕЛЕМ Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при разработке шагового привода для наручных часов,Цель изобретения состоит в снижении потерь энергии.На фиг, 1 приведен график мгновенных значений тока для режима питания двумя импульсами одной полярности и импульсом противоположной полярности; на фиг. 2 - схема управления шаговым двигателем; на фиг, 3 - график мгновенных значений тока при двухимпульсном режиме питания с укороченным первым импульсом,Предлагаемый способ реализуется следующим образом.В момент времени т 1, когда токи обмотки при разных нагрузках примерно одинаковы (точка А на фиг. 1), отключают обмотку от источника питания и замыкают концы обмотки между собой. По истечении времени т 1 - т 2, эа которое ток успеет упасть пример(21) 4780859/07(56) Авторское свидетельство ССМ 1541754, кл, Н 02 Р 8/ОО, 198Патент Великобритании М 2кл, 6 04 С 3/00, 1978.(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговым двигателем наручных часов. Цель изобретения состоит в сокращении потерь энергии, На однофаэную обмотку двигателя подают один за другим два импульса одинаковой полярности, причем в промежутках между ними ток снижается до 0 - 15 ь от его величины в момент окончания первого импульса. Второй импульс оканчивается после прохождения ротором точки неустойчивого равновесия. После этого импульсом обратной полярности энергия обмотки может быть возвращена в источник. 1 з,п, ф-лы, 3 ил,но до нуля, вторично подключают обмотку к источнику питания и отключают от источника в момент времени тз до завершения ротором поворота на угол очередного шага,При таком режиме питания нарастание тока от точки В ограничено индуктивностью обмотки и происходит аналогично нарастанию тока в начале шага: по кривой ВС для большой нагрузки или по кривой ВО для случая малого момента нагрузки,Таким образом, выбрав общую длительность обоих коротких импульсов достаточно для преодоления максимального момента, имеется возможность ограничить возрастание тока в конце поворота ротора на очередной шаг при малом моменте нагрузки. Увеличение тока в начале шага при большей нагрузке способствует адаптации привода к изменению нагрузки и является полезным,Сущность способа и возможность его реализации поясняется примером работы устройства, 169016910 Шаговый двигатель с обмоткой , рассчитанной для работы от источника напряжения 1,55 В, подключается по мостовой схеме, как показано на фиг. 2.Для подачи питающего импульса при 1-м шаге, открывают на время т 1 (фиг. 1) транзисторы Ч 1 и Ч 4, по истечении времени т 1 закрывают транзистор Ч 1 и открывают транзистор Ч 2, оставляя открытым Ч 4. В момент времени 12 открывают транзистор Ч 1 взамен Ч 2, По достижении времени Тэ закрывают все транзисторы,При подаче питающего импульса для получения следующего шага открывают на время 11 транзисторы Ч и Чз, в момент времени т 1 транзистор Чз закрывают и открывают Ч 4 до наступления времени т 2, В ломент 12 открывают транзистор Чз взамен транзистора Ч 4. При наступлении времени тз все транзисторы закрывают, оставляя обмотку разомкнутой.Время т 1 выбирается таким, чтобы токи при различных нагрузках для конкретного типа двигателя в конце времени т 1 имели примерно одинаковые значения. Оно может быть определено как время пересечения кривых тока при максимальном и минимальном моменте нагрузки (точка А на фиг. 1),Временной отрезок т) - т 2 определяется иэ условия уменьшения до величины О15 оь от его значения в точке А при максимальном моменте нагрузки. Если время между двумя импульсами брать меньше рекомендованного значения, когда ток не успеет снизиться до величины менее 15"-,ь, ухудшается стабилизация тока в конце шага. При большем времени, когда ток успевает поменять свой знак, появляется дополнительный расход энергии от источника питания,Время тз выбирается таким, чтобы ротор при максимальном моменте нагрузки успевал пройти угол неустойчивого равновесия. Поскольку площадь, ограниченная ломаной кривой, тока за каждый отрезок времени меньше площади, ограниченной кривой 1, для преодоления одинакового максимального момента, время 1 з требуется несколько больше, чем время олимп при непрерывном импульсе питания, В конце времени тз токи в обмотке будут несколько отличаться при различных нагрузках,Ток при малой нагрузке (гочка С на фиг.1) несколько больи)е, чем ток при большой нагрузке (точка И, так клк нз возрастание тока эд время 123 дс.ЙГ гвусг не тг)Г)ько ЗДС источника г)игания, ио и ротивплействующая ЭДС, оп,:ляеглля угловой скоро стью ротора 20 25 30 35 40 45 50 Однако за время 12 - тз ток не успеет возрасти до величины, которую он имеет в конце непрерывного импульса питания, чем достигается определенная стабилизация тока при изменении нагрузки на шаговый двигатель. Электромагнитную энергию, накопленную в статоре шагового двигателя на момент тз, целесообразно возвращать в источник питания, для чего кратковременно(иа время тз - 14, фиг, 1) подключают источник питания к обмотке полярностью, противоположной ток, которая была до момента времени Тз,Для этой цели в первом шаге открывают транзисторы Чг и Чз. а во втором шаге -транзисторы Ч 1, Ч 4, При этом время тз - т 4 может быть выбрано из условия спадания тока в обмотке при максимальном моменте нагрузки (от точки О до нулевого значения).В случае, если полное сопротивление обмотки двигателя имеет величину меньше оптимальной, имеется возможность улучшить согласование обмотки с источником питания, уменьшая время т 1, Прекращение первого короткого импульса раньше точки А не ухудшает адаптивности (стабилизации тока) системы питания при изменении нагрузки. При меньшем времени т 1 временной интервал т 1 - т 2 выбирают из условия спада тока до О 15 от величины в начале интервала.На фиг, 3 показаны кривые тока потребления для большой (кривая 1) и малой (кривая 2) нагрузках в случае, когда с целью согласования сопротивления обмотки шагового двигателя и источника питания искусственно укорочен первый импульс питания в каждом шаге,Предлагаемый способ управления может быть реализован в кварцевых часах с использованием серебряно-цинкового и литиевого источников питания следующим образом,При использовании серебряно-цинкового источника питания с напряжением 1,55 В период повторения управляющих импульсов Т равен 1 с, длительность первого управляющего импульса т 1 = 4,05 мс, длительность второго управляющего импульса тр = 0,35 мс, интервал между указанными импульсами Л 1 = 0,45 мс, Длительность импульса противоположной полярности гз равна 0,35 мс, Измерения показывают, что двигатель обеспечивает вращающий момент М на минутной оси, равный 8,5 г мм, средний потребляемый ток 1) = 0,81 МкА и средний ток, подзаряжающий источник питания во время действия1690169 г импульса противоположной полярности, зар = =0,0085 МКА,При использовании литиевого источника питания с напряжением 3,0 В: Т = 1 с, т 1 ==1,0 мс, т 2 =1,0 мс, ЛС =0,5 мс, тз = 0,15 мс,При этом двигатель имеет следующие характеристики:ФМ = 11,7 г ф мм, пот = 0,63 МкА, зар = =0,01 МкА.Использование предлагаемого способа позволяет по сравнению с известным снизить энергию, потребляемую двигателем в конце управляющего импульса, при этом уменьшить зависимость указанной энергии от нагрузки. Одновременно обеспечивается частичный возврат избыточной энергии, запасенной в катушке шагового двигателя в источник питания путем ее подэаряда. Формула изобретения 1. Способ управления однофаэным шаговым двигателем, состоящий в том, что для совершения каждого шага на обмотку под ают импульсы напряжения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения потерь энергии, подают подряд два импульса одинаковой полярности, причем первый импульс заканчивают после начала движения 10 ротора, подачу второго импульса начинаютпосле снижения тока до 15 его величины в момент окончания первого импульса, а заканчивают его после прохождения ротором положения неустойчивого равновесия.15 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что после окончании второго импульса на обмотку подают импульсы напряжения обратной полярности,201690169Составитель В. Алфимов Редактор Т. Зубкова Техред М,Моргентал Корректор М. Пожо Заказ 3825 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101