Синхронно-шаговый двигатель повышенного момента

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.

 

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

Σ Ф = 2 Ф н , ( 1 )

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

Следовательно, момент, развиваемый двигателем,

M д в = 2 M н , ( 2 )

где Mн - номинальный момент электродвигателя.

Следовательно, при сравнении с прототипом, у которого

Σ Ф = 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 = 2,83 Ф н . ( 4 )

Следовательно, момент, развиваемый двигателем,

M д в = 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 = 3,24 Ф н . ( 6 )

Следовательно, момент, развиваемый двигателем,

M д в = 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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов, исполнительных устройствах автоматических систем и др.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в исполнительных устройствах различного назначения. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе для управления индукторными электродвигателями, в частности тяговыми вентильно-индукторными электродвигателями.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых электродвигателях, в электрических машинах, предназначенных для работы в широком диапазоне изменения частоты вращения, в устройствах, в которых необходим большой пусковой момент.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее, к системам управления реактивными индукторными двигателями. .

Изобретение относится к электрп-ел- .- ке, а именно к управлению электрически-. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборостроении, робототехнических системах, гибких автоматизированных производствах. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с изменяемой скоростью движения. .

Изобретение относится к способам управления индукторными двигателями, в том числе тяговыми, имеющими зубчатый статор и ротор. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроподвижном составе. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления реактивным индукторным двигателем (РИД), имеющим зубчатый статор, на котором расположены одна или несколько фазных обмоток, каждая из которых запитывается однополярными импульсами тока от полумостового инвертора напряжения (ИН), и зубчатый безобмоточный ротор.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе с индукторным двигателем, в электроподвижном составе постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использован для формирования тока в фазных обмотках реактивного индукторного двигателя. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления реактивным индукторным двигателем. .

Изобретение относится к способам управления индукторными двигателями, имеющими зубчатый статор. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим приводам шаговых электродвигателей систем управления и регулирования. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе станков, Целью изобретения является улучшение теплоэнергетических характеристик устройства путем динамического регулирования параметров кривой фазного тока с учетом частоты вращения вала двигателя Устройство содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 2J, генератор 25, триггер 26, счетчик 23.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления четырехфазным шаговым двигателем с парной коммутацией смежных обмоток. .
Наверх