Методика снятия характеристик шаговых двигателей

Методика снятия экспериментальных характеристик шаговых двигателей едина для всех шаговых двигателей, поэтому рассмотрим ее на примере исследования силового двигателя.

В процессе статических испытаний с заторможенным ротором были получены характеристики шагового двигателя:

M = f(0) для различных значений тока в обмотке управления шагового двигателя. Основной характеристикой шагового двигателя является кривая , соответствующая номинальному току в обмотке управления, т. е. при i=5 а. Характеристики шагового двигателя рассматриваемого семейства имеют два характерных участка: устойчивый, где и неустойчивый, где

Устойчивый участок характеристики шагового двигателя является рабочим. Методика точного снятия статических характеристик синхронизирующего статического момента как на устойчивом, так и на неустойчивом участках была предложена и разработана в ИМАШ АН СССР [Л. 72]. В соответстствии с этой методикой шаговый двигатель соединяется с самотормозящимся червячным редуктором (коэффициент редукции в действующей установке равнялся 1 :50) с помощью тензометрической втулки. Наклеенные на втулку тензодатчики являются плечами моста, соединенными с контактными кольцами. Характеристики шаговых двигателей сигнал с тензометричоского моста подается на вход специального усилителя со стабилизированным нулем и с большим коэффициентом усиления, на выходе которого включен миллиамперметр.

Имея тарировочную кривую и выставляя с большой точностью (благодаря значительному коэффициенту редукции) углы рассогласования осей статора и ротора во всем требуемом диапазоне, нетрудно снять полное семейство характеристик шагового двигателя, показанное на рис. 34.

На кривых (рис. 34) сплошными линиями представлено семейство моментных характеристик шагового двигателя

Рис. 34. Совмещенные характеристики синхронизирующего статического момента трехфазного шагового двигателя.

По форме кривой моментов М=f(0) на неустойчивом участке характеристики шагового двигателя можно оценить как пусковые свойства шагового двигателя, так и величины среднего вращающего момента двигателя при отработке серии шагов на низких и средних частотах.

Для иллюстрации этого на кривые рис. 34 пунктиром нанесены и семейства характеристик шаговых двигателей смежных статоров, которые сдвинуты одна относительно другой в круговой последовательности на шаг двигателя, равный 5° Точка пересечения двух характеристик шаговых двигателей соответствует максимальному моменту нагрузки и углу рассогласования, для которого шаговый двигатель при поступлении очередного управляющего импульса может «отработать» шаг. Из кривых на рис. 34 также следует, что при номинальных токах в обмотках управления (/=5 а) шаговый двигатель может преодолевать момент нагрузки, равный Мн = 0,4 кГ-м. Результаты экспериментальной проверки шагового двигателя в динамическом режиме подтверждают этот вывод. На низких частотах шаговый двигатель может работ о с несколько большим моментом нагрузки, чем момент, определенный по пересечению статических характеристик шагового двигателя. Это объясняется тем, что при отработке шага ротор, имея запас кинетической энергии, проскакивает положение равновесия. Если в этот момент нагрузки подается следующий импульс, условия для пуска становятся более благоприятными, и шаговый двигатель может преодолеть больший момент сопротивления нагрузки. Этот же вывод вытекает из рассмотрения совмещенных статических характеристик шагового двигателя. Пользуясь методом совмещения снятых статических характеристик шагового двигателя, можно оценить поведение двигателя в динамическом режиме при небольших частотах следования импульсов.

Теоретически синхронизирующий статический момент на валу шагового двигателя пропорционален квадрату тока в обмотке управления и определяется из соотношения вида:

Если в области малых токов (i=l—3 а) зависимость приближается к квадратичной (см. начало кривых на рис. 34), то в области больших токов (i=4—7 а) она становится почти линейной. Последнее объясняется насыщением магнитной системы и резким возрастанием магнитного рассеяния при переходе тока из одной области в другую. Многополюсная система, позволяющая построить шаговый двигатель с минимальной электромагнитной постоянной времени, одновременно отличается наибольшим магнитным рассеянием, что отрицательно сказывается на использовании двигателя.

Для расчета динамики отработки шага необходимо знать нелинейную зависимость индуктивности или постоянной времени обмотки управления от величины тока в обмотке управления и положения ротора. Кривые , представленные на рис. 35, были рассчитаны по вольт-амперным характеристикам обмоток управления шагового двигателя, снятым на переменном токе. Справедливость такой оценки проверялась сопоставлением с величинами постоянных времени, полученными из осциллограмм спадания тока в обмотках управления, которые совпали достаточно близко. Как видно из кривых, индуктивность обмоток управления при токах i=5—7A почти не зависит от положения ротора. Это объясняется тем, что с увеличением угла рассогласования полюсов статора и ротора магнитная проводимость воздушного зазора уменьшается, тогда как магнитная проводимость стальных участков магнитопровода, напротив, увеличивается с уменьшением насыщения.

Рис. 35. Зависимости индуктивности и постоянной времени обмотки управления реактивного шагового двигателя от угла рассогласования и тока в обмотке управления.