Следящий шаговый электропривод. Особенности шагового привода САУ, страница 9

§ 7.8. Основные режимы работы шаговых двигателей

Режимы работы ШД подразделяются на статический, установившейся и переходный.

Статический режим

Статический или режим магнитной фиксации ротора – это режим при протекании постоянных токов в обмотках управления и неподвижном роторе (частота импульсов f_u = 0).В тепловом отношении это наиболее тяжелый режим, так как, во-первых, токи в фазах максимальны, а, во-вторых, обмотки не переключаются, что при неполном числе включенных фаз (двигатель с пассивным ротором) создает неравномерный нагрев двигателя.

Для статического режима рассчитывается угловая характеристика М=М(q), т.е. зависимость электромагнитного момента при постоянных токах в обмотках от угла рассогласования (или повороте) оси полюсов ротора относительно положения начального устойчивого равновесия. Она является одной из главных при оценке работы двигателя и приближенных расчетах других характеристик. Характеристика статического синхронизирующего момента четырехфазного ШД, работающего по четырехфазной схеме коммутации для двух тактов управления представлена на рис. 7.17.

Точка пересечения характеристик 1 и 2 определяет предельный пусковой момент двигателя М_п. Момент нагрузки М_н определяет статическую ошибку двигателя q_ст, максимальное значение которой составляет ±p/2 рад при М_н=М_max. Характеристика не должна иметь глубоких провалов во избежание сбоев ротора из синхронизации уже при настоящих нагрузках. Точка 0 является начальной точкой устойчивого равновесия при отсутствии момента сопротивления. Относительно ее отсчитывается угол q. Точки ±p являются точками неустойчивого равновесия. Так как время протекания электромагнитных процессов значительно меньше времени механических, то переключению фаз соответствует мгновенное смещение на шаг статического синхронизирующего момента из положения 1 в положение 2. Переход в новую точку устойчивого равновесия при отработке единичного шага сопровождается колебаниями, амплитуда которых лежит в пределах a_ш.

Установившийся синхронный режим

Этот режим имеет место при постоянной частоте управляющих импульсов f_и=const M и характеризуется либо постоянной скоростью ротора, либо ее периодическими колебаниями относительно синхронной скорости. Различают предельный и непредельный установившийся режим.

Предельному синхронному режиму соответствует максимальная частота импульсов f_и.max и скорость вращения n_max при данной нагрузке на валу. В этом случае ротор вращается практически равномерно без качаний. Выше f_{и max} и n_max наблюдается выпадение ротора из синхронизации (сбой).

Максимальная частота переключений обмоток f_{и max}, при которой ротор находится в синхронизме, может быть достигнута аналогично частотному пуску синхронных двигателей плавным повышением частоты питающего напряжения.

Предположим, что ток в обмотках нарастает мгновенно до установившегося значения и на величину его не влияет э.д.с. вращения. Это соответствует питанию обмотки от источника тока и практически может быть достигнуто включением значительных добавочных (балластных) сопротивлений в коммутируемые цепи.

При этом вращающие электромагнитные моменты определяются угловой статической характеристикой двигателя. Ось магнитного поля и угловая статическая характеристика, связанная с этой осью, перемещаются дискретно.

Изменение положения оси поля j_с относительно неподвижной координаты имеет вид ступенчатой линии. Однако, движение ротора при f_{и max} будет практически равномерным и его положение, характеризуемое углом j_р относительно неподвижной координаты, изобразится приближенно в виде прямой линии.