泉州-晋江中央空调维修保养技术知识4~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~连续运行状态时的动态特性

    当步进电动机在输入脉冲频率较局，其周期比转子振荡
过渡过程时间还饭时，转子作连续的旋转运动，这种运行状
态称作连续运行状态。
   1动态转矩
    当控制脉冲频率达到一定数值之后，频率再升高，步进  图‘—?l  阻尼财转子的衰减振荡
电动机的负载能力使下降，其主要是受定子绕组电感的影
响。绕组电感有延缓电流变化的特性，使电流的波形由低频时的近似矩形波变为高频时的近
似＝角波，其幅值和平均值都较小，使动态转矩大大下降，负载能力降低。
    此外，由于控制脉冲频率升高，步进电动机铁心中的涡流迅速增加，其热损耗和阻转矩
使输出功率和动态转矩下降。  2．运行短颁特性
  出以上分析得知，当控制脉冲频率达到一定数值之后，
再增加频率，由于电感的作用使动态转矩减小，涡流作用
使动态转矩又进一步减小。可见，动态转矩是电源脉冲频
率的函数，把这种函数关系称为步进电动机运行时的转矩—
频率特性，简称为运行矩频特性，如图4—22所示，为一条
下降的曲线。
    矩频特性表明，在‘定控制脉冲频率范围内．随频率
升高，功率和转速都相应地提高，超出该范围，则随频率升商而使转矩下降，步进电动机带负载的能力也逐渐F降，到某一频率以后，就带不动任何
负载，而且只要受到一个很小的扰动，就会振荡、失步以至停转。
    总之，控制脉冲频率的升高是获得步进电动机连续稳定运行和高效率所必需的条件，然
而还必须向时注意到运行矩频特性的基本规律和所带负载状态。
    3，最高连续运行频率
    当控制电源的脉冲频率连续提高时，在一定性质和大小的负载下，步进电动机能正常连
续运行时(不丢步、不失步)所能加到的最高频率称为最高连续运行频率或最高跟踪频率。
这一参数对某些系统有很重要的意义。例如，在数控机床中，在退刀、对刀及变换加工程厅
时，要求刀架能迅速移动以提高加工效率，这一工作速度可由高的连续运行频率指标来保
证。最高连续运行频率与负载的大小将关，  。般分空载运行频率人。和额定负载运行频率
五u加而人M，人恤。例如，反应式步进电动机70BF03，其空载运行频率人。＝16000Hz，负载
运行频率人M＝4000Hz o最高连续运行频率是步进电
动机的重要技术指标c
    4．低频共振和低频丢步现象
    随着控制脉冲频率的增加，脉冲周期缩短，因而
有pJ能会出现在一个周期内转于振荡还未衰减完时下
一个脉冲就来到的情况，这就是说，下一个脉冲到来
时(的一步终了时)转子位置处在什么地方与脉冲的
频率有关。如图4“23所示，当脉冲周期为7’
[rr＝大bN，转子离开平衡位置的角度为6k    值得注意的是，当控制脉冲频率等于或接近于步进电动机振荡频率的1／x倍时(x＝1，
2，3，—)，电动机就会出现强烈振荡甚至失步，以至于无法工作，这就是低频共振和低频
丢步现象。厂面以三相步进电动机为例来说明低频丢步现象。
    低频丢步的物理过程如图4—24所尔。假定
开始时转子处于A相矩角特性曲线的平衡位置
oD点．当第一个脉冲到来时，B相绕组通电，矩
角特性向前跃动一个步距角69e，则转子便沿特
性曲线yD向新的平衡位置6。点移动。由于转子
的运动过程是一个衰减的振荡过程，达到60点
后会在6。点附近作若干次振荡．其振荡频率接
近于单步运动时的振荡角频率M；，即周期rA＝
2?／M60若控制脉冲的角频率也为M；，则第二
个脉冲到来正好在转子回摆到接近负的最大值
时，如图4“24中对应于曲线rB上的R点。这
时脉冲巳换接到c相，特性又向前移动了—个
步距角6ll成曲线rt。如果转于对应于R点的位置是处在对于6。点的动稳定区之外，即R点的失调角6en‘(—??6Ae)，那么当c相绕组一
相通电时，转于受到的rb碰转矩为负佰，即转矩方向不是使转子由R点位置向Go点位置运
动，而是向c6点位置移动。接着第二个脉冲到来，转子又由呛点返回“。点。这样转子经过
二个脉冲仍然回到原来位置“o点，也就是丢了三步，这就是低频丢步的物理过程。一般情
况下、一次丢步的步数是运行拍数N的穆数倍，丢步严重时转子停留在‘个位置上或围绕
一个位置振荡。
    如果阻尼作用比较强．那么电动机振荡衰减得比较快，转子振荡回摆的幅值比较
小，转子对应于A点的位置如果处在动稳定区之内，电磁转矩就是正的，电动机就不
会失步。
    另外，柏数越多，步距角69e越小，动稳定区越接近静稳定区，这样也可以消除低频
失步。
    当控制脉冲频率等于转子振荡频率的L／x倍时，如果阻尼作用不强，即使电动机不发
生低频失步，也会产生强烈振动，这就是步进电动机
的低频共振现象。图4—25表示转子振荡两次而在第二
次回摆时下一个脉冲到来的转子运动规律，可见转子
具有明显的振荡特件。共振时，电动机就会出现强烈
振动，甚至失步而无法丁作，所以一般不允许电动机
在共振频率下运行。但是如果采用较多拍数，再加上
一定的阻尼和干摩擦负载，电动机振动的振幅可以减
小，并能稳定运行。为了减少低频共振现象，很多电
动机专门设置阻尼器，靠阻尼器来消耗振动的能量，
限制振幅。
    5．高频振荡
    反应式步进电动机在脉冲电压的频率相当高的情况下，有时也会出现明显的振荡现象。因为此时控制绕组内电流产生振荡，相应地使转子转
动不均匀．以致失步。但脉冲频率加快速越过这一频段达到更高值时，电动机仍能继续稳定
运行。这一现象称为高频振荡。
    由于步进电动机定、转子上存在齿槽，在转子的旋转过程中便在控制绕组中感应一个交
变电动势和交流电流，从而产生了一个对转子运动起制动作用的电磁转矩。该内阻尼转矩将
随着转速的上升而下降．即具有负阻尼性质，因而使转子的运动有产生自发振荡的性质。在
严重的情况下，电动机会失步甚至停转。
    步进电动机铁心表面的附加损耗和转子对空气的摩擦损耗等形成阻尼转矩，它随着转速
的尹‘高而增大，若与电磁阻尼转矩配合恰当，则电动机总的内阻尼转矩特性可能不出现负阻
尼区，局频振荡现象也就不会出现。