Способ управления однофазным шаговым двигателем и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихВеспубпик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 180880 (21) 2972313/24-07 51) М, КЛ,З Н 02 Р 8/00 с присоединением заявки Ио.СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Ордена Ленина 1-ый Московский часовой завоК"им." С,М.Кирова(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОДНОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодляуправления щаговыми двигателями, в частности однофазными щаговыми двигателями в приборах времени.Известны способ и устройство дляуправления однофазным шаговым двигателем, обеспечивающие уменьшение потребления двигателя в режиме отработки единичных шагов. Управление шаговым двигателем в данном способе осуществляется по схеме с обратной связью без специальных датчиков обратной связи. Необходимая информация о моменте отключения обмотки получается на основе анализа тока в ней, Сигнал обратной связи форми" руется с помощью аналогового ком.паратора. Питание однофазного шагового двигателя осуществляется от генератора разнополярных импульсов, причем момент окончания импульса определяется сигналом аналогового компаратора, который вырабатывается при совпадении текущего значения то" ка со значением тока в хронирующемэлементе 1.Недостатком известных способа и устройства для управления однофазным шаговым двигателем является то, что компаратор, вырабатывающий сигнална отключение питания двигателя,строится на основе аналоговой схе мотехники, в то время как генераторразнополярных импульсов питания строится на основе цифровой схемотехни ки, Их совместное выполнение неоправдано сложно, требует повышенныхнапряжений питания, увеличивает рас- еход энергии, вследствие чего известное устройство для управления одноУфазным шаговым двигателем нецелесообразно применять в миниатюрныхприборах времени с автономным питанием, в частности в наручных часах.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ управления однофазным шаговым двигателем, например электронных часов, путем подачи на обмоткууправления импульсов тока разнойполярности, Устройство для осуществления этого способа содержит генератор тактовых импульсов, делительчастоты, два ключа, коммутирующихобмотку двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя и блок формирования и изменения длительностиимпульсов со счетчиком задания временного интервала 12).Недостатком известного способа управления, при котором каждому положительному и отрицательному импульсу питания соответствует шаговое перемещение А =360/2 р (где р - число пар полюсов ротора), является не воэможность увеличения цены шага сверх 180 (при р = 1), что снижает КПДпривода.Целью изобретения является повышение КПД привода. 30Указанная цель достигается тем, юто в известном способе управления рутем подачи на обмотку управления импульсов тока разной полярности при снижении нагрузки изменяют режим 15 коммутации и подают на обмотку двигателя импульсы тока одной полярности, длительность которых превышает длительность импульсов тока разной полярности. 20Для реализации указанного способа управления в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, два ключа, коммутирующих обмотку управления однофазного шагового двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя, блок формирования и изменения длительности импульсов со счетчиком временного интервала, введен элемент И, один вход которого подключен к выходу блока формирования и изменения длительности импульсов, второй - к вы" ходу счетчика задания временного интервала,а выход " ко входу одного из ключей, коммутирующих обмотку.Предлагаемый способ управления и устройство для его реализации позволяют экономить энергию источника питания в условиях переменной нагруз- . ки. Одновременно обеспечивается 40 увеличение цены шага до д. = ЯЬО/р, т.е. до 360. Это в свою очередь позволяет оптимизировать по массогабаритнымпоказателям и КПД ряд электроприводов с однофазными щаговыми 45 двигателями, например для электронных часов.На Фиг.1 приведены угловые М(9) и временные О(1) диаграммы, иллюстрчрующие работу шагового двигателя; на Фиг.2 - функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Сущность способа заключается в следующем.55,.В случае малой нагрузки Мна зау двигателя (Фиг.1 а ) управление осуществляется относительно широкими однополярными импульсами тока (напряжения О ), длительность 1. При этом ротору сообщается энергия И = Й А, достаточная для отработки углового перемещения В, равного угловому периоду А =5 Б 0% электромагнитного синхронизирующего момента Из . При увеличении нагрузки, начи ная с некоторого критического его уровня, энергии, сообщаемой ротору однополярными импульсами, становится недостаточно для отработки указанного перемещения и ротор отрабатывает лишь половину шага Й/2.уменьшение шага выявляется с помощью детектора нагрузки на валу двигателя, который вызывает изменение режима коммутации с однополярных импульсов тока на разнополярные с одновременным уменьшением длительности последних (фиг. 16). Разнополярные импульсы имеют меньшую длительностьчем однополярные и следуют один за другим с небольшим интервалом. Частота появления сдвоенных разно- полярных импульсов равна частотетактового генератора Г. Энергия И 1,сообщаемая ротору при повышенной нагрузке Мн каждым из разнополярных импульсов, достаточна для отработки перемещения, равного сЕ/2, Приснижении нагрузки двигатель вновь переводится в режим однополярной коммутации. Таким образом, при повышенной нагрузке Мн для отработки перемещения А ротору сообщается энергия 2 Х= М Н . с( а при пониженной нагрузке - эйергия И 1 = Мн с(, причем энергия Ю 1 меньше энергйи 201.Предлагаемый способ управления наиболее эффективен в том случае, когда временной интервал работы двигателя на повышенную нагрузку составляет небольшую часть полного времени работы двигателя. Это, например, имеет место в электронных часах с дополнительными устройствами, такими, как календарь, и другими, которые включаются лишь на 20-30 общего времени работы часов.Устройство, реализующее предлагаемый способ управления (фиг.2), содержит генератор тактовых импульсов 1,делитель частоты 2, два ключа 3 и 4, коммутирующих обмотку управления 5 однофазного шагового двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя 6, блок 7 Формирования и изменения длительности импульсов включения обмотки двигателя, счетчик задания временного интервала 8 и логический элемент И 9. Тактовые импульсы с генератора 1 поступают на вход делителя частоты 2, выход которого соединен с входом блока 7 формирования и изменения длительности импульсов включения обмотки и входом счетчика 8. Выход счетчика соединен со вторым входом блока формирования 7 и одним из входов логического элемента И. Третий вход блока Формирования 7 соединен с выходом детектора нагрузки Б, а выход со вторым входом логического элемента И. Выход элемента И соединен сключом 7. Ключи 3 и 4 соединены скатушкой 5 шагового двигателя, выход которой соединен со входом детектора нагрузки 6,Устройство работает следующимобразом.В стандартном режиме при .относительно низкой нагрузке блок 7 выра-батывает широкие однополярные импульсы, длительностью С (фиг.1 а),.которые через ключ 3 осуществляютпитание однофазного шагового двигателя. Ключ 4 закрыт элементом И 9,При увеличении нагрузки от детектора 6 к блоку 7 поступает сигнал,по которому блок 7 формирует последовательность разнополярных коротких импульсов, длительность(Фиг.1 б). Одновременно начинаетсязаполнение счетчика задания временного интервала 8, а элемент И 9разрешает работу нормально закрытогоключа 4. После заполнения счетчикашаговый двигатель вновь переводится в режим управления однополярнымиимпульсами,Технико-экономический эффект отвнедрения предлагаемого способа управления и устройства для его реализации достигается за счет сниженияпотребления энергии и увеличенияцены шага двигателя, что позволяетприменительно к электронным часамувеличить србк службы элементов питания и уменьшить габариты часов.Формула изобретения1Способ управления однофазнымшаговым двигателем, например электронных часов, путем подачи. на обмотку управления импульсов тока раз"ной"полярности,.о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияКПД,при -снижении нагрузки изменяют 5 режйм коммутации и подают на обмотку двигателя импульсы тока однойполярности, длительность которыхпревышает длительность импльсовтока разной полярности.О , 2. Устройство для осуществленияспособа управления по п. 1, ссдержащее генератор тактовых импульсов,делитель частотыцва ключа, коммутирующих обмотку двигателя, де тектор нагрузки на валу двигателяи блок Формирования и изменениядлительности импульсов со счетчикомзадания временного интервала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью увеличения удельной мощностипривода, в него введен элемент И,один вход которого подключен к выходу блока Формирования и изменениядлительности импульсов, второй - квыходу счетчика задания временногоинтервала, а выход " ко входу одного из ключей, коммутирующих обмоткуеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент США 9 4114364,928593 ь 3 ГорнихХаритончик Коррект оставиехред остс н еда ж 719ударственногоиэобретенийа, Ж 35, Рауш аказ 3279/73 илиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. Проектн ВНИИПИ Гос по делам13035, Москв По омите откры ая на