Сбои в работе шагового двигателя

Наиболее опасные с точки зрения сбои в работе двигателя имеют место при холостом ходе, когда амплитуда свободных колебаний ротора максимальна и равна начальному отклонению ротора от положения устойчивого равновесия. В этом нетрудно убедиться, рассмотрев идеальный холостой ход шагового двигателя, считая систему консервативной, с чисто инерционной нагрузкой, и ограничиться учетом только первой пространственной гармоники синхронизирующего момента М1 sin pO. Движение ротора, в предположении, что ток в обмотках управления мгновенно достигает установившегося значения, будет описываться уравнением

После приведения к электрическим углам получим уравнение незатухающих колебаний математического маятника

При отработке первого шага из состояния покоя уравнение следует решать при начальных условиях

Так как при подаче первого управляющего импульса ротор оказывается смещенным на шаг назад по отношению к новой точка устойчивого равновесия. Подобно маятнику ротор будет совершать колебания около новой точки устойчивого равновесия с амплитудой, равной шагу. При подаче следующего управляющего импульса ротор может оказаться отклоненным на шаг назад.

Для работы шагового двигателя без сбоев во всех режимах, включая холостой ход, необходимо, чтобы отрицательная часть зоны динамической устойчивости была не меньше шага

Чтобы устранить сбои в работе двигателя - этому требованию удовлетворяют активные шаговые двигатели минимум с двумя обмотками управления и реактивные шаговые двигатели минимум с четырьмя обмотками управления.

Явление резонанса реактивных шаговых двигателей с тремя обмотками управления. При холостом ходе шаговые двигатели теряют устойчивость на некоторых частотах, называемых резонансными [Л. 8, 18]. Явление резонанса в трехфазных шаговых двигателях могут быть устранены путем введения дополнительного трения в систему, с помощью обгонных фиксаторов или при использовании шеститактной схемы управления, обеспечивающей одновременное включение то одной, то двух обмоток управления. При явлении резонанса шаг двигателя становится вдвое меньше, а сам шаговый двигатель работает как шестифазная машина, у которой отрицательная часть зоны динамической устойчивости согласно формуле (15) равна двум шагам

С устойчивостью тесно связано понятие о частоте приемистости и о диапазоне рабочих частот шагового двигателя, под которой понимается максимальная частота следования управляющих импульсов, при которой ротор шагового двигателя втягивается в синхронизм с места без потери шага.

Частота приемистости тем больше, чем выше динамическая добротность шагового двигателя (ЛГмаксД) и чем меньше цена шага. Диапазон рабочих частот при одной и той же динамической добротности и цене шага частота приемистости растет с увеличением зоны динамической устойчивости, т. е. с увеличением числа обмоток управления. Это обстоятельство связано с тем, что при пуске, как показали теоретические и экспериментальные исследования [Л. 8, 18, 19], ротор за первые тактовые импульсы может отрабатывать не полные шаги, а идти с некоторым запаздыванием по отношению к оси результирующей н. с., оставаясь в пределах диапазона рабочих частот при каждом очередном переключении обмоток управления шагового двигателя.