Способ управления однофазным шаговым двигателем и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 180880 (21) 2972313/24-07 (51) hA.КЛ з

HP 8/00 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет.СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 150582. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 150582 (53) УДК 621.313. . 13-133. 3-525 (088.8) 1

Е.В.Власов, В.A.Çoòoâ, Е.Ф.Кулевская, Н.М.Решетникова, Б. Е. Цирлин и A. В. Чернецкий. (72) Авторы изобретения

1

Ордена Ленина 1-ый Московский часовой завоф""им."-С.М.Кирова (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОДНОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ

ДВИГАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления щаговыми двигателями, в частности однофазными щаговыми двигателями в приборах времени.

Известны способ и устройство для управления 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 формируется 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 тока со значением тока в хронирующем элементе (1).

Недостатком известных способа и устройства для управления однофазным шаговым двигателем является то, что компаратор, вырабатывающий сигнал на отключение питания двигателя, строится на основе аналоговой схемотехники, в то время как генератор разнополярных импульсов питания строится на основе цифровой схемотехни ки. Их совместное выполнение неоправдано сложно, требует повышенных напряжений питания, увеличивает рас- i ход энергии, вследствие чего известное устройство для управления одноУ фазным шаговым двигателем нецелесообразно применять в миниатюрных приборах времени с автономным питанием, в частности в наручных часах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ управления однофазным шаговым двигателем, например электронных часов, путем подачи на обмотку управления импульсов тока разной полярности. Устройство для осуществления этого способа содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, два ключа, коммутирующих обмотку двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя и блок формирования и изменения длительности импульсов со счетчиком задания временного интервала (2l.

928593

Недостатком известного способа управления, при котором каждому положительному и отрицательному импульсу питания соответствует шаговое перемещение А =860/2р (где р — число пар полюсов ротора), является невозможность увеличения цены шага сверх 180 (при р = 1), что снижает КПД привода.

Целью изобретения является повышение КПД привода. 30

Указанная цель достигается тем, кто 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. 20

Для реализации указанного способа управления в устройство, содержащее ге нера тор тактовых импуль сов, 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 выходу 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- = 960/р, т.е. до 360 . Это в свою очередь позволяет оптимизировать по массогабаритным показателям и КПД ряд электроприводов с однофазными щаговыми 45 двигателями, например для электронных часов.

На фиг.1 приведены угловые М(9) и временные U(t) диаграммы, иллюстрчрующие работу шагового двигателя; на фиг.2 — функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Сущность способа заключается в следующем.

55 ,;В случае малой нагрузки М „на за у двигателя (фиг. 1 а ) управление осуществляется относительно широкими однополярными импульсами тока (напряжения U ), длительность 1„. При этом ротору сообщается энергия

W MH„-cl, достаточная для отработки углового перемещения 8, равного угловому периоду d. =960% электромагнитного синхронизирующего момента

Из . При увеличении нагрузки, начиная с некоторого критического его уровня, энергии, сообщаемой ротору однополярными импульсами, становится недостаточно для отработки указанного перемещения и ротор отрабатывает лишь половину шага d/2.Óìåíüшение 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 длительность чем однополярные и следуют один за другим с небольшим интервалом.

Частота появления сдвоенных разнополярных импульсов равна частоте тактового генератора f<. Энергия W, сообщаемая ротору при повышенной нагрузке Мн каждым из разнополярных импульсов, достаточна для отработки перемещения, равного cL/2. При снижении нагрузки двигатель вновь переводится в режим однополярной коммутации. Таким образом, при повышенной нагрузке Мн для отработки перемещения eL ротору сообщается энергия 2W = М - cL а при пониженной нагрузке — эйергия W q = MH„ d, причем энергия W меньше энергйи

2Wg.

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-ЗОЪ общего времени работы часов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ управления (фиг.2), содержит генератор тактовых импульсов l,äåëèòåëü 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 6, а выход со вторым входом логического элемента И. Выход элемента И соединен с

928593

6 ключом 7. Ключи 3 и 4 соединены с катушкой 5 шагового двигателя, выход которой соединен со входом детектора нагрузки 6.

Устройство работает следующим образом.

В стандартном режиме при .относительно низкой нагрузке блок 7 выра- батывает широкие однополярные импульсы, длительностью t„ (фиг.1à),. которые через ключ 3 осуществляют питание 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.16). Одновременно начинается заполнение счетчика задания временного интервала 8, а элемент И 9 разрешает работу нормально закрытого ключа 4. После заполнения счетчика шаговый двигатель вновь переводится в режим управления однополярными импульсами.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого способа управления и устройства для его реализации достигается за счет снижения потребления энергии и увеличения цены шага двигателя, что позволяет применительно к электронным часам увеличить србк службы элементов питания и уменьшить габариты часов.

Формула изобретения

1 ° Способ управления однофазным шаговым двигателем, например элект1 ронных часов, путем подачи. на обмотку управления импульсов тока разной.полярности,.о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения

КПД,при -снижении нагрузки изменяют режйм коммутации и подают иа обмотку двигателя импульсы тока одной полярности, длительность которых превышает длительность имп..льсов тока разной полярности. !

О . 2. Устройство для осуществления способа управления по п. 1, ссдержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты,,цва ключа, коммутирующих обмотку двигателя детектор нагрузки на валу двигателя и блок формирования и изменения длительности импульсов со счетчиком задания временного интервала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения удельной мощности привода, в него введен элемент И, один вход которого подключен к выходу блока формирования и изменения длительности импульсов, второй - к выходу счетчика задания временного интервала, а выход — ко входу одного из ключей, коммутирующих обмотку °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 4114364, " кл. С 04 С 5/00, 1978.

2. Патент Великобритании

35 М 1.557.408, кл. 6 04 С 3/00, Н 02 Р 8/00, 1977.

928593

Рие 1

Составитель 3. Горних

Редактор Т. Кинь Техред К. Харитончик Корректор М. Коста

Заказ 3279/73 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4