СИНХРОННО-ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОВЫШЕННОГО МОМЕНТА
SYNCHRONOUS-STEP MOTOR OF HIGHER TORQUE

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.
1
1
1
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 α 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 α 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 α 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;
1
2
- α, α, α - 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).
1
1
1
1
2
2
2
3
4
1
Синхронно-шаговый электродвигатель повышенного момента с тремя обмотками управления работает следующим образом. При подаче в момент времени t (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 t 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 t 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 t (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 t 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 t 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 t (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 t 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 t происходит переключение, аналогичное моменту времени t, цикл повторяется. Таким образом, магнитный поток совершает полный круг, а ротор синхронно-шагового двигателя - полный оборот.
Магнитный поток на каждом такте определяется по формуле
<mrow><mi>Σ</mi><mi>Ф</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><msub><mi>Ф</mi><mi>н</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
н
где Ф - магнитный поток, создаваемый одной обмоткой, при поступлении на нее полного номинального напряжения.
Следовательно, момент, развиваемый двигателем,
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>д</mi><mi>в</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msub><mi>M</mi><mi>н</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
н
где M - номинальный момент электродвигателя.
Следовательно, при сравнении с прототипом, у которого
<mrow><msub><mi>Σ</mi><mi>Ф</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>Ф</mi><mi>н</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
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).
1
1
2
1
2
1
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
5
1
Синхронно-шаговый электродвигатель повышенного момента с четырьмя обмотками управления работает следующим образом. При подаче в момент времени t (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 t 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 t 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 t 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 t (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 t 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 t 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 t 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 t (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 t 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 t 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 t 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 t (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 t 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 t 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 t 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 t происходит переключение, аналогичное моменту времени t, цикл повторяется. Таким образом, магнитный поток совершает полный круг, а ротор синхронно-шагового двигателя - полный оборот.
Магнитный поток на каждом такте определяется по формуле:
<mrow><mi>Ф</mi><mo>=</mo><mn>2,83</mn><msub><mi>Ф</mi><mi>н</mi></msub><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Следовательно, момент, развиваемый двигателем,
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>д</mi><mi>в</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>2,8</mn><msub><mi>M</mi><mi>н</mi></msub><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>5</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
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).
1
1
2
1
1
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
4
4
4
5
5
5
5
6
1
Синхронно-шаговый электродвигатель повышенного момента с пятью обмотками управления работает следующим образом. При подаче в момент времени t (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 t 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 t 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 t 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 t 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 t (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 t 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 t 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 t 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 t 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 t (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 t 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 t 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 t 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 t 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 t 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 t 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 t 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 t 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 t 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 t 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 t 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 t происходит переключение, аналогичное моменту времени t, цикл повторяется. Таким образом, магнитный поток совершает полный круг, а ротор синхронно-шагового двигателя - полный оборот.
Магнитный поток на каждом такте определяется по формуле:
<mrow><mi>Ф</mi><mo>=</mo><mn>3,24</mn><msub><mi>Ф</mi><mi>н</mi></msub><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>6</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Следовательно, момент, развиваемый двигателем,
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>д</mi><mi>в</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>3,24</mn><msub><mi>M</mi><mi>н</mi></msub><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>7</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
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.