Основные параметры и характеристики

Шаговые двигатели в системах автоматики, как правило, работают в переходных режимах. Т. е. в режимах пуска, торможения, остановки, реверса. Именно поэтому основными параметрами, которые определяют качество того или иного шагового двигателя, считаются обобщенные параметры, характеризующие шаговый двигатель в переходных режимах. К таким параметрам относятся: частота собственных круговых колебаний, электромагнитные постоянные времени, коэффициент внутреннего демпфирования. Частота собственных круговых колебаний является обобщенным параметром, зависящим от момента инерции ротора J, амплитуды статического синхронизирующего момента М_m, числа пар полюсов р.

Период собственных круговых колебаний, равный 1/, может служить внутренним эталоном времени, дающим объективную оценку протекания переходных процессов в приводе с шаговыми двигателями. Действительно, момент инерции Jопределяет инер­ционность ротора и приводимых во вращение механизмов. Амплитуда статического синхронизирующего момента M_m, дает характеристику двигателя как преобразователя электрической энергии в механическую. Число пар полюсов р определяет степень электромеханической редукции угла поворота и скорости вращения. Отношениедает теоретически предельное ускорение ротора двигателя.

Электромагнитная постоянная времени обмоток управления характеризует время протекания электромагнитных процессов при коммутации токов. Она равна отношению индуктивности обмоток Lо (обычно под Lо понимают постоянную составляющую индуктивности) к их активному сопротивлению R, т. е. То = Lо /R.

С целью уменьшения То - форсирования электромагнитных процессов - очень часто последовательно с обмотками управления включают активное дополнительное сопротивление. Тогда под R следует понимать сумму собственного сопротивления обмотки и дополнительного сопротивления. Величина постоянной времени То в двигателях с активным ротором, выполненном в виде постоянного магнита, вследствие малой магнитной проницаемости магнитно-твердых материалов, из которых изготовляются магниты, обычно сравнительно невелика и практически не зависит от положения ротора.

Постоянная времени шаговых двигателей с роторами из электротехнической стали (как активными, так и пассивными) значительно больше по величине. Кроме того, она вследствие изменения индуктивности L зависит от положения ротора. При определении постоянной времени таких двигателей используют либо среднюю индуктивность, либо отдельно постоянную и переменную составляющие индуктивности, выделяя соответственно две постоянные времени.

При исследовании переходных процессов шаговых двигателей часто пользуются безразмерной постоянной времени х, равной произведению обычной постоянной времени То на частоту собственных круговых колебаний , т. е. х =, которая характеризует относительную длительность переходных процессов (в долях периода собственных круговых колебаний).

Коэффициент внутреннего демпфирования является третьим весьма важным обобщенным параметром шаговых двигателей. Известно, что свободные колебания ротора в шаговых двигателях, даже при отсутствии всех видов механических потерь и потерь в стали, со временем затухают. Объясняется это электрическими потерями в обмотках статора. Из теории синхронных двигателей известно, что при не равном нулю активном сопротивлении обмотки статора, даже в синхронном двигательном режиме, всегда имеет место тормозной (генераторный) момент. Возникает этот момент в двигателях с возбужденными полюсами ротора за счет взаимодействия токов обмотки статора, наведенных потоком ротора и замыкающихся по цепи обмотка статора - источник питания, с магнитным потоком ротора. Соотношение между двигательным и тормозным (генераторным) моментом определяется соотношением напряжения питания U, ЭДС Ео, наводимой в обмотке статора полем ротора, а также величиной активного сопротивления обмотки статора. Тормозной момент у реактивных двигателей зависит от разности индуктивных сопротивлений (-) и активного сопротивления обмотки статора. Тормозной момент отсутствует лишь в двигателях, у которых активное сопротивление обмотки статора равно нулю.

Наличие тормозного (генераторного) момента, величина которого пропорциональна электрическим потерям в обмотках статора, является причиной затухания колебаний ротора шагового двигателя, или, иными словами, внутренним демпфированием этих ко­лебаний.

На практике о величине внутреннего демпфирования судят по коэффициенту внутреннего демпфирования или по безразмерному коэффициенту внутреннего демпфирования.

Рабочие характеристики шаговых двигателей определяются как параметрами самих двигателей и характером нагрузки, так и особенностями электронного коммутатора, в частности числом тактов коммутации, формой выходного напряжения, способом формирования переднего и заднего фронтов тока, определяющих коммутационные пере­напряжения. В связи с многообразием рабочих режимов двигателей рабочие характеристики весьма многочисленны. В их число включаются статические, предельные динамические и предельные механические характеристики, а также характеристики устойчивости двигателей при работе в резонансных областях.

Статические характеристики - это в первую очередь угловые характеристики, а также зависимости токов двигателя от различного сочетания включаемых обмоток и погрешностей в квазистатическом режиме от величины нагрузки.

Предельные динамические характеристики это зависимость частоты приемистости, предельных частот торможения и реверса от величины момента сопротивления нагрузки и ее момента инерции при заданных условиях коммутации.

Предельные механические характеристики — это зависимости частоты управляющих импульсов от величины момента сопротивления, при плавном увеличении которого ротор двигателя выпадает из синхронизма.

Характеристики устойчивости шагового двигателя при работе в резонансных областях определяются совокупностью параметров двигателя, нагрузки, системой коммутации.

Дата добавления: 2014-01-13