五相混合式步进电动机的空载和短路实验

王宗培  任雷  程智    (哈尔滨工业大学150001：清华大学)

l  引  言

    五相混合式步进电动机是步进电动机的主要产品之一，绕组电感是它的重要参数，为此作者曾提出了五相混合式步进电动机绕组电感的简易工程测试方法。这种方法的原理与普通三相同步电机的空载、短路实验法测定同步电感的方法相一致。在提出和介绍这种方法时，强调了工程性和简易性，对保证所测参数的精确性没有强调，也没有作深入的探讨。这是因为在当时，五相混合式步进电动机较完善的分析模型还没有建立，更没有实际应用，对绕组电感的精确值并不十分重视。只是在驱动器的配套及作一些性能评估时，往往需要绕组电感的大致值。生产厂家为了满足用户的这种需要，也要在产品说明书上提供这样的数据，采用以上方法，不需特别注意测试的精度，即使用万用表测得电压和电流的有效值也可以。

    为了对五相混合式步进电动机各种运行问题进行深入的研究，建立精确的分析模型是重要的基础。绕组电感几乎是第一重要的参数，对它的精确测定便很重要。因此对上述测试方法作了进一步的研究，本文介绍这项研究中的主要成果。

2  实验装置

    测试装置如图1所示。被试电机是日本om公司生产的pk566n—b型五相混合式步进电动机。将五相绕组接成五星型。数据采集卡(a／d卡)为台湾adventech公司的pcl--812。

3  实验结果

    用驱动电机带动被试电机在1～15r／s转速范围内旋转，每隔0．5r／s取一点作为测试点，在每点上分别测出开路情况下每相的电压,五相短路情况下的每相电流以及分别对五相中一相短路时的相电流(i_ak1,i_bk1，i_ck1,i_dk1，i_ek1)。

(1)测得的旋转电压基波幅值与转速的关系如图2所示，算得旋转电压(基波)系数如图3所示。曲线清楚表明，①在同一转速下五相的旋转电压不相等，即有一定的不埘称度。②3台样机的测试结果表明，这种不对称性有一定的规律，例如c相****，从大到小的顺序为cdbea。③旋转电压系数随转速(频率)的升高稍稍有些下降。④不考虑旋转电压的不对称时，电动机的旋转电压系数可用各相的平均值表示，如图3d所示。

    理想情况下，五相旋转电压的相位关系，应是均匀地依次错开72^o电角度(a、c、e、b、d)。

测试结果表明，依次错开的角度确实与电角度72^o相差很小，用本测试系统测不出这一误差，即小于本测试系统的分辨率(若以f_cp=500脉冲／s驱动运行于整步，则相电压周期为20ms，数据采集速度为25khz，对二相电压进行隔点采样，则每周期各自的采集点数为250，若再进行倍密插值，则采样点可达500．用求二相电压过零点采样点数之差的办法即可求相位差，可见测错开角度的精度约±o．72^o)，可认为相位关系是对称的。

    (2)测得短路电流基波幅值与转速的关系如图4a所示，也是在同一转速下各相的短路电流值不相等，而且可以看出，短路电流的分散度比旋转电压的分散度要大一些，可见这种电动机除了旋转电压不对称外，绕组的参数也不对称。

由于上述电压和电流的不对称度较小，加上混合式电动机具有正序阻抗与负序阻抗其本相等的特点，可以近似地仍如对称情况一样，由绕组的旋转电压和短路电流确定相绕组的等效阻抗和等效电感，只是求出各相的参数不相等，如图4所示。

绕组的平均等效电感为：

电感与转速的关系曲线如图4c所示。当然，如果用电动机的平均旋转电压及五相短路电流的平均值．直接求出平均等效电感也一样。

4几点说明

 (1)不对称性。五相混合式步进电动机典型转子齿数z_r=50,步距角0．72^o／0．36^o，即500／1000步／r，应用很方便。但是该转子齿数是定子相数和极数的整倍数，根据步进电动机原理的要求，定子各磁极的极靴便不可能对称分布，需要采取所谓的人工错位。尽管在设计时尽量让它们对称，毕竟各个极的极靴形状和极间距离不能完全一致。这就