RU2510127C1 - Синхронно-шаговый двигатель повышенного момента - Google Patents

Abstract

Синхронно-шаговый двигатель повышенного момента относится к электрическим машинам и может быть использован в регулируемом электроприводе. Технический результат заключается в увеличении развиваемого двигателем момента при том же значении питающего напряжения, а также регулировании величины момента, развиваемого двигателем. Каждый полупроводниковый ключ блока управления содержит четыре транзистора, по две пары последовательно-параллельно соединенных. При этом в каждом из полупроводниковых ключей общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора одной пары последовательно соединенных транзисторов подключена к началу соответствующей обмотки управления и общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора второй пары последовательно соединенных транзисторов подключена к концу соответствующей обмотки управления. Эмиттеры остальных транзисторов подключены к плюсу источника постоянного тока, и коллекторы остальных транзисторов подключены к минусу источника постоянного тока. На каждом такте включены все обмотки управления. 15 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к электрическим машинам, и может быть использовано в регулируемом электроприводе в качестве синхронно-шагового электродвигателя.

Известен трехфазный синхронно-шаговый электродвигатель реактивного типа с резистивной форсировкой, содержащий зубчатый пассивный ротор, три обмотки управления, соединенные в звезду, и блок управления, содержащий три полупроводниковых ключа и связанный с обмотками управления (Копылова И.П. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т.2 / Под общ. ред. И.П. Копыловой, Б.К. Клоковой. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С.121, рис.13.41а).

Однако описанный синхронно-шаговый электродвигатель реактивного типа с резистивной форсировкой имеет недостаточно развиваемый момент и невысокую мощность по сравнению с синхронно-шаговым электродвигателем активного типа, а только однополярное управление, вследствие чего невозможно включить более двух обмоток управления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является трехфазный электродвигатель, содержащий обмотки управления, источник постоянного тока и блок управления с тремя полупроводниковыми ключами. Каждый из трех полупроводниковых ключей содержит два последовательно соединенных транзистора, у которых общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора подключена к началу соответствующей обмотки управления. Эмиттеры остальных транзисторов подключены к плюсу источника постоянного тока, и коллекторы остальных транзисторов подключены к минусу источника постоянного тока Концы обмоток управления электродвигателя соединены. Начала обмоток через блок управления подключены к плюсу и минусу источника постоянного напряжения (Овчинников И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе / И.Е. Овчинников. - СПб.: КОРОНА-Век, 2006. - С.94, рис.3.9).

Основными недостатками описанного устройства являются недостаточно развиваемые момент и мощность двигателя вследствие общего соединения концов обмоток двигателя, а также по причине того, что в каждый рабочий промежуток времени возможно одновременное включение только двух обмоток, причем на каждую обмотку приходится половина напряжения источника питания, что в два раза уменьшает развиваемый электродвигателем момент. Кроме того, отсутствует возможность регулирования момента, развиваемого электродвигателем.

Предлагаемым изобретением решается задача увеличения развиваемого двигателем момента при том же значении питающего напряжения, а также регулирования величины момента, развиваемого двигателем.

Для решения поставленной задачи в синхронно-шаговом двигателе повышенного момента, содержащем обмотки управления, источник постоянного тока и блок управления с полупроводниковыми ключами, причем каждый полупроводниковый ключ содержит последовательно соединенные транзисторы, у которых общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора подключена к началу соответствующей обмотки управления, эмиттеры остальных транзисторов подключены к плюсу источника постоянного тока, и коллекторы остальных транзисторов подключены к минусу источника постоянного тока, согласно изобретению каждый из полупроводниковых ключей содержит четыре транзистора, по две пары последовательно - параллельно соединенных. При этом в каждом из полупроводниковых ключей общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора одной пары последовательно соединенных транзисторов подключена к началу соответствующей обмотки управления и общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора второй пары последовательно соединенных транзисторов подключена к концу соответствующей обмотки управления, причем на каждом такте включены все обмотки управления.

Обеспечение возможности увеличения развиваемого двигателем момента и регулирования величины этого момента обусловлено яизменением схемы блока управления путем введения дополнительных двух транзисторов в каждый из полупроводниковых ключей, что позволяет в режиме фазоимпульсной модуляции регулировать величину момента, развиваемого двигателем, а также включением соответствующим образом на каждом такте всегда трех обмоток управления, вследствие чего развиваемый момент двигателя увеличивается в несколько раз.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства с тремя обмотками управления; на фиг.2 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из трех фиксированных положений для устройства с тремя обмотками управления; на фиг.3 - пошаговое включение обмоток при угле открытия α=0° в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2; на фиг.4 - пошаговое включение обмоток при угле открытия α₁ в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2; на фиг.5 - пошаговое включение обмоток при угле открытия аз в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2; на фиг.6 -принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства с четырьмя обмотками управления; на фиг.7 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из четырех фиксированных положений для устройства с четырьмя обмотками управления; на фиг.8 - пошаговое включение обмоток при угле открытия α=0° в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.7; на фиг.9 - пошаговое включение обмоток при угле открытия α₁ в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.7; на фиг.10 - пошаговое включение обмоток при угле открытия аз в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.7; на фиг.11 - принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства с пятью обмотками управления; на фиг.12 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из пяти фиксированных положений для устройства с пятью обмотками управления; на фиг.13 - пошаговое включение обмоток при угле открытия α=0° в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.12; на фиг.14 - пошаговое включение обмоток при угле открытия α₁ в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.12; на фиг.15 - пошаговое включение обмоток при угле открытия а; в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.12.

Кроме того, на чертежах использованы следующие обозначения:

- С1-С10 - выводы обмоток управления синхронно-шагового двигателя;

- L1-L5 - обмотки управления;

- Ф - магнитный поток;

-I, II, III, IV, V - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора синхронно-шагового двигателя;

- круговые линии со стрелкой - направления вращения магнитного поля статора;

- прямые линии со стрелками - направление результирующего магнитного потока Ф;

- сплошные стрелки у обмоток - прямое направление тока и магнитного потока в обмотке;

- пунктирные стрелки у обмоток - обратное направление тока и магнитного потока в обмотке;

- t1-t6 - моменты времени коммутации обмоток;

- VT1-VT20 - транзисторы;

- α, α₁, α₂ - угол открытия транзисторов.

Синхронно-шаговый двигатель повышенного момента содержит обмотки управления, источник постоянного тока и блок управления с полупроводниковыми ключами. Каждый из полупроводниковых ключей содержит четыре транзистора, а именно, по две пары последовательно - параллельно соединенных, причем в каждом из полупроводниковых ключей общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора одной пары последовательно соединенных транзисторов подключена к началу соответствующей обмотки управления и общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора второй пары последовательно соединенных транзисторов подключена к концу соответствующей обмотки управления. Эмиттеры остальных транзисторов подключены к плюсу источника постоянного тока, и коллекторы остальных транзисторов подключены к минусу источника постоянного тока. На каждом такте включены все обмотки управления.

Пример выполнения синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с тремя обмотками управления (фиг.1-5).

В первом полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с тремя обмотками управления коллекторы транзисторов 1 (VT1) и 2 (VT3) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 3 (VT2) и 4 (VT4) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 1 (VT1) соединен с коллектором транзистора 3 (VT2), эмиттер транзистора 2 (VT3) соединен с коллектором транзистора 4 (VT4). Таким образом, в первом полупроводниковом ключе транзисторы 1 (VT1) и 3 (VT2) соединены последовательно, транзисторы 2 (VT3) и 4 (VT4) также соединены последовательно; пара транзисторов 1 (VT1) и 3 (VT2) соединена параллельно с парой транзисторов 2 (VT3) и 4 (VT4). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 1 (VT1) и коллектора транзистора 3 (VT2) подключена к началу 5 (С1) обмотки 6 (L1). Конец 7 (С2) обмотки 6 (L1) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 2 (VT3) и коллектора транзистора 4 (VT4).

Во втором полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с тремя обмотками управления коллекторы транзисторов 8 (VT5) и 9 (VT7) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 10 (VT6) и 11 (VT8) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 8 (VT5) соединен с коллектором транзистора 10 (VT6), эмиттер транзистора 9 (VT7) соединен с коллектором транзистора 11 (VT8). Таким образом, во втором полупроводниковом ключе транзисторы 8 (VT5) и 10 (VT6) соединены последовательно, транзисторы 9 (VT7) и 11 (VT8) также соединены последовательно; пара транзисторов 8 (VT5) и 10 (VT6) соединена параллельно с парой транзисторов 9 (VT7) и 11 (VT8). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 8 (VT5) и коллектора транзистора 10 (VT6) подключена к началу 12 (С3) обмотки 13 (L2). Конец 14 (С4) обмотки 13 (L2) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 9 (VT7) и коллектора транзистора 11 (VT8).

В третьем полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с тремя обмотками управления коллекторы транзисторов 15 (VT9) и 16 (VT11) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 17 (VT10) и 18 (VT12) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 15 (VT9) соединен с коллектором транзистора 17 (VT10), эмиттер транзистора 16 (VT11) соединен с коллектором транзистора 18 (VT12). Таким образом, в третьем полупроводниковом ключе транзисторы 15 (VT9) и 17 (VT10) соединены последовательно, транзисторы 16 (VT11) и 18 (VT12) также соединены последовательно; пара транзисторов 15 (VT9) и 17 (VT10) соединена параллельно с парой транзисторов 16 (VT11) и 18 (VT12). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 15 (VT9) и коллектора транзистора 17 (VT10) соединена с началом 19 (С5) обмотки 20 (L3). Конец 21 (С6) обмотки 20 (L3) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 16 (VT11) и коллектора транзистора 18 (VT12).

Пример выполнения синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с четырьмя обмотками управления (фиг.6-10).

В первом полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с четырьмя обмотками управления коллекторы транзисторов 1 (VT1) и 2 (VT3) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 3 (VT2) и 4 (VT4) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 1 (VT1) соединен с коллектором транзистора 3 (VT2), эмиттер транзистора 2 (VT3) соединен с коллектором транзистора 4 (VT4). Таким образом, в первом полупроводниковом ключе транзисторы 1 (VT1) и 3 (VT2) соединены последовательно, транзисторы 2 (VT3) и 4 (VT4) также соединены последовательно; пара транзисторов 1 (VT1) и 3 (VT2) соединена параллельно с парой транзисторов 2 (VT3) и 4 (VT4). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 1 (VT1) и коллектора транзистора 3 (VT2) подключена к началу 5 (С1) обмотки 6 (L1). Конец 7 (С2) обмотки 6 (L1) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 2 (VT3) и коллектора транзистора 4 (VT4).

Во втором полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с четырьмя обмотками управления коллекторы транзисторов 8 (VT5) и 9 (VT7) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 10 (VT6) и 11 (VT8) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 8 (VT5) соединен с коллектором транзистора 10 (VT6), эмиттер транзистора 9 (VT7) соединен с коллектором транзистора 11 (VT8). Таким образом, во втором полупроводниковом ключе транзисторы 8 (VT5) и 10 (VT6) соединены последовательно, транзисторы 9 (VT7) и 11 (VT8) также соединены последовательно; пара транзисторов 8 (VT5) и 10 (VT6) соединена параллельно с парой транзисторов 9 (VT7) и 11 (VT8). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 8 (VT5) и коллектора транзистора 10 (VT6) подключена к началу 12 (С3) обмотки 13 (L2). Конец 14 (С4) обмотки 13 (L2) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 9 (VT7) и коллектора транзистора 11 (VT8).

В третьем полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с четырьмя обмотками управления коллекторы транзисторов 15 (VT9) и 16 (VT11) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 17 (VT10) и 18 (VT12) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 15 (VT9) соединен с коллектором транзистора 17 (VT10), эмиттер транзистора 16 (VT11) соединен с коллектором транзистора 18 (VT12). Таким образом, в третьем полупроводниковом ключе транзисторы 15 (VT9) и 17 (VT10) соединены последовательно, транзисторы 16 (VT11) и 18 (VT12) также соединены последовательно; пара транзисторов 15 (VT9) и 17 (VT10) соединена параллельно с парой транзисторов 16 (VT11) и 18 (VT12). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 15 (VT9) и коллектора транзистора 17 (VT10) соединена с началом 19 (С5) обмотки 20 (L3). Конец 21 (С6) обмотки 20 (L3) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 16 (VT11) и коллектора транзистора 18 (VT12).

В четвертом полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с четырьмя обмотками управления коллекторы транзисторов 22 (VT13) и 23 (VT15) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 24 (VT14) и 25 (VT16) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 22 (VT13) соединен с коллектором транзистора 24 (VT14), эмиттер транзистора 23 (VT15) соединен с коллектором транзистора 25 (VT16). Таким образом, в четвертом полупроводниковом ключе транзисторы 22 (VT13) и 24 (VT14) соединены последовательно, транзисторы 23 (VT15) и 25 (VT16) также соединены последовательно; пара транзисторов 22 (VT13) и 24 (VT14) соединена параллельно с парой транзисторов 23 (VT15) и 25 (VT16). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 22 (VT13) и коллектора транзистора 24 (VT14) соединена с началом 26 (С7) обмотки 27 (L4). Конец 28 (С8) обмотки 27 (L4) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 23 (VT15) и коллектора транзистора 25 (VT16).

Пример выполнения синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с пятью обмотками управления (фиг.11-15).

В первом полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с пятью обмотками управления коллекторы транзисторов 1 (VT1) и 2 (VT3) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 3 (VT2) и 4 (VT4) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 1 (VT1) соединен с коллектором транзистора 3 (VT2), эмиттер транзистора 2 (VT3) соединен с коллектором транзистора 4 (VT4). Таким образом, в первом полупроводниковом ключе транзисторы 1 (VT1) и 3 (VT2) соединены последовательно, транзисторы 2 (VT3) и 4 (VT4) также соединены последовательно; пара транзисторов 1 (VT1) и 3 (VT2) соединена параллельно с парой транзисторов 2 (VT3) и 4 (VT4). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 1 (VT1) и коллектора транзистора 3 (VT2) подключена к началу 5 (С1) обмотки 6 (L1). Конец 7 (С2) обмотки 6 (L1) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 2 (VT3) и коллектора транзистора 4 (VT4).

Во втором полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с пятью обмотками управления коллекторы транзисторов 8 (VT5) и 9 (VT7) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 10 (VT6) и 11 (VT8) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 8 (VT5) соединен с коллектором транзистора 10 (VT6), эмиттер транзистора 9 (VT7) соединен с коллектором транзистора 11 (VT8). Таким образом, во втором полупроводниковом ключе транзисторы 8 (VT5) и 10 (VT6) соединены последовательно, транзисторы 9 (VT7) и 11 (VT8) также соединены последовательно; пара транзисторов 8 (VT5) и 10 (VT6) соединена параллельно с парой транзисторов 9 (VT7) и 11 (VT8). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 8 (VT5) и коллектора транзистора 10 (VT6) подключена к началу 12 (С3) обмотки 13 (L2). Конец 14 (С4) обмотки 13 (L2) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 9 (VT7) и коллектора транзистора 11 (VT8).

В третьем полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с пятью обмотками управления коллекторы транзисторов 15 (VT9) и 16 (VT11) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 17 (VT10) и 18 (VT12) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 15 (VT9) соединен с коллектором транзистора 17 (VT10), эмиттер транзистора 16 (VT11) соединен с коллектором транзистора 18 (VT12). Таким образом, в третьем полупроводниковом ключе транзисторы 15 (VT9) и 17 (VT10) соединены последовательно, транзисторы 16 (VT11) и 18 (VT12) также соединены последовательно; пара транзисторов 15 (VT9) и 17 (VT10) соединена параллельно с парой транзисторов 16 (VT11) и 18 (VT12). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 15 (VT9) и коллектора транзистора 17 (VT10) соединена с началом 19 (С5) обмотки 20 (L3). Конец 21 (С6) обмотки 20 (L3) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 16 (VT11) и коллектора транзистора 18 (VT12).

В четвертом полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с пятью обмотками управления коллекторы транзисторов 22 (VT13) и 23 (VT15) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 24 (VT14) и 25 (VT16) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 22 (VT13) соединен с коллектором транзистора 24 (VT14), эмиттер транзистора 23 (VT15) соединен с коллектором транзистора 25 (VT16). Таким образом, в четвертом полупроводниковом ключе транзисторы 22 (VT13) и 24 (VT14) соединены последовательно, транзисторы 23 (VT15) и 25 (VT16) также соединены последовательно; пара транзисторов 22 (VT13) и 24 (VT14) соединена параллельно с парой транзисторов 23 (VT15) и 25 (VT16). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 22 (VT13) и коллектора транзистора 24 (VT14) соединена с началом 26 (С7) обмотки 27 (L4). Конец 28 (С8) обмотки 27 (L4) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 23 (VT15) и коллектора транзистора 25 (VT16).

В пятом полупроводниковом ключе синхронно-шагового электродвигателя повышенного момента с пятью обмотками управления коллекторы транзисторов 29 (VT17) и 30 (VT19) объединены и подключены к минусу источника постоянного тока, эмиттеры транзисторов 31 (VT18) и 32 (VT20) объединены и подключены к плюсу источника постоянного тока. Эмиттер транзистора 29 (VT17) соединен с коллектором транзистора 31 (VT18), эмиттер транзистора 30 (VT19) соединен с коллектором транзистора 32 (VT20). Таким образом, в пятом полупроводниковом ключе транзисторы 29 (VT17) и 31 (VT18) соединены последовательно, транзисторы 30 (VT19) и 32 (VT20) также соединены последовательно; пара транзисторов 29 (VT17) и 31 (VT18) соединена параллельно с парой транзисторов 30 (VT19) и 32 (VT20). Средняя общая точка соединения эмиттера транзистора 29 (VT17) и коллектора транзистора 31 (VT8) соединена с началом 33 (С9) обмотки 34 (L5). Конец 35 (С 10) обмотки 34 (L5) подключен к средней общей точке соединения эмиттера транзистора 30 (VT19) и коллектора транзистора 32 (VT20).

Синхронно-шаговый электродвигатель повышенного момента с тремя обмотками управления работает следующим образом. При подаче в момент времени t₁ (фиг.3) управляющего импульса на базу транзисторов 2 (VT3) и 3 (VT2) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 6 (L1), в тот же момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 9 (VT7) и 10 (VT7) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 15 (VT9) и 18 (VT12) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 20 (L3), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой I на фиг.2. При подаче управляющего импульса в момент времени t₁ (фиг.3) на базу транзисторов 1 (VT1) и 4 (VT4) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 9 (VT7) и 10 (VT7) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 16 (VT11) и 17 (VT10) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 20 (L3), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой II на фиг.2. При подаче управляющего импульса в момент времени t₂ (фиг.3) на базу транзисторов 2 (VT3) и 3 (VT2) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t3 при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 8 (VT5) и 11 (VT8) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 16 (VT11) и 17 (VT10) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 20 (L3), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой III на фиг.2. При подаче управляющего импульса в момент времени t₄ происходит переключение, аналогичное моменту времени t₁, цикл повторяется. Таким образом, магнитный поток совершает полный круг, а ротор синхронно-шагового двигателя - полный оборот.

Магнитный поток на каждом такте определяется по формуле

$$\Sigma Ф=2{Ф}_{н},(1)$$

где Ф_н - магнитный поток, создаваемый одной обмоткой, при поступлении на нее полного номинального напряжения.

Следовательно, момент, развиваемый двигателем,

$$M_{дв}=2M_{н},(2)$$

где M_н - номинальный момент электродвигателя.

Следовательно, при сравнении с прототипом, у которого

$${\Sigma }_{Ф}=\frac{1}{2}{Ф}_{н},(3)$$

в предлагаемом изобретении момент, развиваемый двигателем, в 4 раза больше.

Таким образом, развиваемая двигателем мощность и момент увеличиваются пропорционально суммарному магнитному потоку. Если требуется реверс, необходимо совершать переключения в последовательности I, IV, III, II. Если необходимо регулировать величину момента двигателя, то подача управляющих импульсов на базу транзисторов задерживается на величину угла регулирования а (фиг.4, 5).

Синхронно-шаговый электродвигатель повышенного момента с четырьмя обмотками управления работает следующим образом. При подаче в момент времени t₁ (фиг.8) управляющего импульса на базу транзисторов 2 (VT3) и 3 (VT2) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 9 (VT7) и 10 (VT7) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 15 (VT9) и 18 (VT12) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 22 (VT13) и 25 (VT16) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 27 (L4), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой I на фиг.7. При подаче в момент времени t₂ (фиг.8) управляющего импульса на базу транзисторов 1 (VT1) и 4 (VT4) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 9 (VT7) и 10 (VT7) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 16 (VT11) и 17 (VT10) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 23 (VT15) и 24 (VT14) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 24 (L4), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой II на фиг.7. При подаче в момент времени t₃ (фиг.8) управляющего импульса на базу транзисторов 1 (VT1) и 4 (VT4) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 8 (VT5) и 11 (VT8) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 16 (VT11) и 17 (VT10) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 23 (VT15) и 24 (VT14) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 27 (L4), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой III на фиг.7. При подаче в момент времени t₄ (фиг.8) управляющего импульса на базу транзисторов 2 (VT3) и 3 (VT2) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₄ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 8 (VT5) и 11 (VT8) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₄ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 15 (VT9) и 18 (VT12) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₄ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 23 (VT15) и 24 (VT14) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 27 (L4), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой IV на фиг.7. При подаче управляющего импульса в момент времени t₅ происходит переключение, аналогичное моменту времени t₁, цикл повторяется. Таким образом, магнитный поток совершает полный круг, а ротор синхронно-шагового двигателя - полный оборот.

Магнитный поток на каждом такте определяется по формуле:

$$Ф=\mathrm{2,83}{Ф}_{н}.(4)$$

Следовательно, момент, развиваемый двигателем,

$$M_{дв}=\mathrm{2,8}{M}_{н}.(5)$$

Следовательно, при сравнении с прототипом (формула (3)), в предлагаемом изобретении момент, развиваемый двигателем, в 3,986 раза больше.

Таким образом, развиваемые двигателем мощность и момент увеличиваются пропорционально суммарному магнитному потоку. Если требуется реверс, необходимо совершать переключения в последовательности I, IV, III, II. Если необходимо регулировать величину момента двигателя, то подача управляющих импульсов на базу транзисторов задерживается на величину угла регулирования а (фиг.9, 10).

Синхронно-шаговый электродвигатель повышенного момента с пятью обмотками управления работает следующим образом. При подаче в момент времени t₁ (фиг.13) управляющего импульса на базу транзисторов 2 (VT3) и 3 (VT2) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 9 (VT7) и 10 (VT7) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 15 (VT9) и 18 (VT12) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 22 (VT13) и 25 (VT16) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 27 (L4), в тот же самый момент времени t₁ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 29 (VT17) и 32 (VT20) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 34 (L5), и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой I на фиг.12. При подаче в момент времени t₂ (фиг.13) управляющего импульса на базу транзисторов 1 (VT1) и 4 (VT4) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 9 (VT7) и 10 (VT7) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 16 (VT11) и 17 (VT10) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 22 (VT13) и 25 (VT16) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 24 (L4), в тот же самый момент времени t₂ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 29 (VT17) и 32 (VT20) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 34 (L5) и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой II на фиг.12. При подаче в момент времени t₃ (фиг.9а) управляющего импульса на базу транзисторов 1 (VT1) и 4 (VT4) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 8 (VT5) и 11 (VT8) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 16 (VT11) и 17 (VT10) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 23 (VT15) и 24 (VT14) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 27 (L4), в тот же самый момент времени t₃ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 29 (VT17) и 32 (VT20) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 34 (L5) и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой III на фиг.12. При подаче в момент времени U (фиг.13) управляющего импульса на базу транзисторов 1 (VT1) и 4 (VT4) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₄ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 8 (VT5) и 11 (VT8) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₄ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 15 (VT9) и 18 (VT12) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₄ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 23 (VT15) и 24 (VT14) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 27 (L4), в тот же самый момент времени U при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 30 (VT19) и 31 (VT18) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 34 (L5) и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой IV на фиг.13. При подаче в момент времени t5 (фиг.13) управляющего импульса на базу транзисторов 2 (VT3) и 3 (VT2) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 6 (L1), в тот же самый момент времени t₅ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 8 (VT5) и 11 (VT8) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 13 (L2), в тот же самый момент времени t₅ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 15 (VT9) и 18 (VT12) начинает протекать ток и магнитный поток в обратном направлении по обмотке 20 (L3), в тот же самый момент времени t₅ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 22 (VT13) и 25 (VT16) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 27 (L4), в тот же самый момент времени t₅ при подаче управляющего импульса на базу транзисторов 30 (VT19) и 31 (VT18) начинает протекать ток и магнитный поток в прямом направлении по обмотке 34 (L5) и возникает суммарный магнитный поток в направлении, показанном стрелкой IV на фиг.12. При подаче управляющего импульса в момент времени t₆ происходит переключение, аналогичное моменту времени t₁, цикл повторяется. Таким образом, магнитный поток совершает полный круг, а ротор синхронно-шагового двигателя - полный оборот.

Магнитный поток на каждом такте определяется по формуле:

$$Ф=\mathrm{3,24}{Ф}_{н}.(6)$$

Следовательно, момент, развиваемый двигателем,

$$M_{дв}=\mathrm{3,24}{M}_{н}.(7)$$

При сравнении с прототипом (формула (3)), в предлагаемом изобретении момент, развиваемый двигателем, в 4,1 раза больше.

Таким образом, развиваемые двигателем мощность и момент увеличиваются пропорционально суммарному магнитному потоку. Если требуется реверс, необходимо совершать переключения в последовательности I, V, IV, III, II. Если требуется реверс, необходимо совершать переключения в последовательности I, IV, III, II. Если необходимо регулировать величину момента двигателя, то подача управляющих импульсов на базу транзисторов задерживается на величину угла регулирования а (фиг.14, 15).

Предложенное изобретение позволяет повысить развиваемый двигателем момент при том же значении питающего напряжения, а также осуществлять регулирование величины этого момента.

Claims (1)

1. Синхронно-шаговый двигатель повышенного момента, содержащий обмотки управления, источник постоянного тока и блок управления с полупроводниковыми ключами, причем каждый полупроводниковый ключ содержит последовательно соединенные транзисторы, у которых общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора подключена к началу соответствующей обмотки управления, эмиттеры остальных транзисторов подключены к плюсу источника постоянного тока, и коллекторы остальных транзисторов подключены к минусу источника постоянного тока, отличающийся тем, что каждый из полупроводниковых ключей содержит четыре транзистора, по две пары последовательно-параллельно соединенных, при этом в каждом из полупроводниковых ключей общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора одной пары последовательно соединенных транзисторов подключена к началу соответствующей обмотки управления, и общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора второй пары последовательно соединенных транзисторов подключена к концу соответствующей обмотки управления, причем на каждом такте включены все обмотки управления.

Images