五相混合式步進(jìn)電動機(jī)的空載和短路實驗
王宗培 任雷 程智 (哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001：清華大學(xué))
l 引 言
五相混合式步進(jìn)電動機(jī)是步進(jìn)電動機(jī)的主要產(chǎn)品之一，繞組電感是它的重要參數(shù)，為此作者曾提出了五相混合式步進(jìn)電動機(jī)繞組電感的簡易工程測試方法。這種方法的原理與普通三相同步電機(jī)的空載、短路實驗法測定同步電感的方法相一致。在提出和介紹這種方法時，強(qiáng)調(diào)了工程性和簡易性，對保證所測參數(shù)的精確性沒有強(qiáng)調(diào)，也沒有作深入的探討。這是因為在當(dāng)時，五相混合式步進(jìn)電動機(jī)較完善的分析模型還沒有建立，更沒有實際應(yīng)用，對繞組電感的精確值并不十分重視。只是在驅(qū)動器的配套及作一些性能評估時，往往需要繞組電感的大致值。生產(chǎn)廠家為了滿足用戶的這種需要，也要在產(chǎn)品說明書上提供這樣的數(shù)據(jù)，采用以上方法，不需特別注意測試的精度，即使用萬用表測得電壓和電流的有效值也可以。
為了對五相混合式步進(jìn)電動機(jī)各種運行問題進(jìn)行深入的研究，建立精確的分析模型是重要的基礎(chǔ)。繞組電感幾乎是第一重要的參數(shù)，對它的精確測定便很重要。因此對上述測試方法作了進(jìn)一步的研究，本文介紹這項研究中的主要成果。
2 實驗裝置
測試裝置如圖1所示。被試電機(jī)是日本om公司生產(chǎn)的pk566n—b型五相混合式步進(jìn)電動機(jī)。將五相繞組接成五星型。數(shù)據(jù)采集卡(a／d卡)為臺灣adventech公司的pcl--812。
3 實驗結(jié)果
用驅(qū)動電機(jī)帶動被試電機(jī)在1～15r／s轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，每隔0．5r／s取一點作為測試點，在每點上分別測出開路情況下每相的電壓,五相短路情況下的每相電流以及分別對五相中一相短路時的相電流(iak1,ibk1，ick1,idk1，iek1)。
(1)測得的旋轉(zhuǎn)電壓基波幅值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖2所示，算得旋轉(zhuǎn)電壓(基波)系數(shù)如圖3所示。曲線清楚表明，①在同一轉(zhuǎn)速下五相的旋轉(zhuǎn)電壓不相等，即有一定的不塒稱度。②3臺樣機(jī)的測試結(jié)果表明，這種不對稱性有一定的規(guī)律，例如c相****，從大到小的順序為cdbea。③旋轉(zhuǎn)電壓系數(shù)隨轉(zhuǎn)速(頻率)的升高稍稍有些下降。④不考慮旋轉(zhuǎn)電壓的不對稱時，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)電壓系數(shù)可用各相的平均值表示，如圖3d所示。
理想情況下，五相旋轉(zhuǎn)電壓的相位關(guān)系，應(yīng)是均勻地依次錯開72o電角度(a、c、e、b、d)。
測試結(jié)果表明，依次錯開的角度確實與電角度72o相差很小，用本測試系統(tǒng)測不出這一誤差，即小于本測試系統(tǒng)的分辨率(若以fcp=500脈沖／s驅(qū)動運行于整步，則相電壓周期為20ms，數(shù)據(jù)采集速度為25khz，對二相電壓進(jìn)行隔點采樣，則每周期各自的采集點數(shù)為250，若再進(jìn)行倍密插值，則采樣點可達(dá)500．用求二相電壓過零點采樣點數(shù)之差的辦法即可求相位差，可見測錯開角度的精度約±o．72o)，可認(rèn)為相位關(guān)系是對稱的。
(2)測得短路電流基波幅值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖4a所示，也是在同一轉(zhuǎn)速下各相的短路電流值不相等，而且可以看出，短路電流的分散度比旋轉(zhuǎn)電壓的分散度要大一些，可見這種電動機(jī)除了旋轉(zhuǎn)電壓不對稱外，繞組的參數(shù)也不對稱。
由于上述電壓和電流的不對稱度較小，加上混合式電動機(jī)具有正序阻抗與負(fù)序阻抗其本相等的特點，可以近似地仍如對稱情況一樣，由繞組的旋轉(zhuǎn)電壓和短路電流確定相繞組的等效阻抗和等效電感，只是求出各相的參數(shù)不相等，如圖4所示。
繞組的平均等效電感為：
電感與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線如圖4c所示。當(dāng)然，如果用電動機(jī)的平均旋轉(zhuǎn)電壓及五相短路電流的平均值．直接求出平均等效電感也一樣。
4幾點說明
(1)不對稱性。五相混合式步進(jìn)電動機(jī)典型轉(zhuǎn)子齒數(shù)z r=50,步距角0．72 o／0．36 o，即500／1000步／r，應(yīng)用很方便。但是該轉(zhuǎn)子齒數(shù)是定子相數(shù)和極數(shù)的整倍數(shù)，根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)原理的要求，定子各磁極的極靴便不可能對稱分布，需要采取所謂的人工錯位。盡管在設(shè)計時盡量讓它們對稱，畢竟各個極的極靴形狀和極間距離不能完全一致。這就 |
