步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的分量及短路制動轉(zhuǎn)矩
王宗培 孫旭東（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
【摘 要】應(yīng)用疊加原理，將步進(jìn)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的繞組電流分解成2個分量，并將運(yùn)行轉(zhuǎn)矩分解為與這2個電流相對應(yīng)的2個分量，進(jìn)而對其中的由旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電壓產(chǎn)生的短路制動轉(zhuǎn)矩分量及其對電動機(jī)運(yùn)行的作用進(jìn)行了分析，對其計(jì)算公式進(jìn)行了試驗(yàn)校核。文中的討論有助于深入認(rèn)識步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性、控制規(guī)律及設(shè)計(jì)規(guī)律。
【敘 詞】步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩／短路制動轉(zhuǎn)矩
l 引言
步進(jìn)電動機(jī)由于其結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式的特殊性，運(yùn)行過程與一般電動機(jī)有較大的不同，運(yùn)行理論也遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)電動機(jī)成熟，這給步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用帶來很多不便。步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行由于通電萬式及電流波形的復(fù)雜性，電流及運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的計(jì)算常常不得不借助于值方法。數(shù)值方法可對具體的步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，算出所需的結(jié)果，但要從中得出有普遍意義的規(guī)律性的認(rèn)識，還得輔之以概念性的理論分析。
本文應(yīng)用迭加原理，將步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行時的繞組電流分成2個分量，即外加電壓產(chǎn)生的電流分量和旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電壓產(chǎn)生的電流分量。相應(yīng)地，運(yùn)行轉(zhuǎn)矩也分成2個對應(yīng)的分量，進(jìn)一步對旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電壓產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行分析和試驗(yàn)研究。
2數(shù)學(xué)模型
以五相混合式步進(jìn)電動機(jī)星接橋式驅(qū)動的典型系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，其主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。這是一個五相對稱結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，只要分析一相的主電路，其他相都相似。以a相電路為例：
a．ta導(dǎo)通時ia的正向回路。電源正端經(jīng)ta到a繞組，再經(jīng)其他反向?qū)ǖ南嗬@組及相應(yīng)的功放管至電源負(fù)端。
b．ta關(guān)斷時ia的正向回路。a繞組內(nèi)的正向電流，經(jīng)其他反向?qū)ǖ南嗬@組及相應(yīng)的功放管，再經(jīng)過dx回到a相繞組的端點(diǎn)形成閉合回路，如圖2所示。
c．tx丙導(dǎo)通時ia的反向回路。電源正端經(jīng)其他正向?qū)ǖ墓Ψ殴芗跋嗬@組，至a相繞組，再通過tx到電源負(fù)端。
d．tx不導(dǎo)通時ia的反向回路。a繞組內(nèi)的反向電流，經(jīng)過da至其他正向?qū)ǖ墓Ψ殴芗跋鄳?yīng)的繞組形成閉合回路，如圖3所示。
可見，對于任一相繞組，不論其相應(yīng)橋臂的功放管導(dǎo)通與不導(dǎo)通，都可形成其正向電流或反向電流的回路。實(shí)際上，功放管只起到控制外加功放級電壓的作用，使他能正向、反向或不加到相應(yīng)相的繞組上去。對于任一相繞組，其電壓方程式為：
式中vk--k相繞組的外加電壓，主要與功放管的導(dǎo)通情況有關(guān)，是不連續(xù)函數(shù)
r-相繞組回路的電阻
ik一一相繞組的電流
ψk相繞組的總磁鏈
ljk時為k相繞組的自感
j≠k時為k相與j相繞組間的互感
uθk——k相繞組的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電壓
從迭加的概念出發(fā)，式(2)可改寫為：
相應(yīng)地，電磁轉(zhuǎn)矩也可分為2個分量，即
式中t (1)對應(yīng)于i k(1)（k=a、b、c、d、e），若忽略旋 |
