1. Дослідження моделі крокового двигуна, опис машини

Рисунок 1– модель крокового двигуна.

Блок крокового двигуна реалізує загальну модель, яка представляє два найпопулярніших сімейства крокових двигунів:

• крокові двигуни із змінною небажання;

• від постійних магнітів або гібридні крокові двигуни;

Модель крокового двигуна складається з електричних і механічних частин. Верхня частина представлена ​​еквівалентною схемою, конфігурація якого залежить від типу двигуна. Еквівалентні схеми були побудовані з припущенням про те, що магнітний ланцюг лінійний (без насичення) і взаємною індуктивністю між фазами можна знехтувати. Механічний розділ представлений в просторі станом моделі, заснованої на момент інерції і коефіцієнта в'язкого тертя.

Для крокового двигуна зі змінним магнітним опором є еквівалентна схема для однієї фази яка зображена на рисунку 1.

Слід зазначити, що в опорній позиції (Θ = 0), зуб ротора повністю відповідає осі полюса, так що фаза індуктивністі обмотки максимальна.

Загальний електромагнітний крутний момент двигуна є сума моментів, вироблених фаз двигуна:

де М-число фаз, IX є обмотки струм у фазі х і Lx є функція індуктивністі фази х обмотки.

Для двигуна з постійними магнітами (PM) або гібридний кроковий двигун, еквівалентна така схема для однієї фази, яку показано на малюнку.

Рисунок 2 – схема однієї фази крокового двигуна зі змінним опором

У цій моделі, Ra і La представляють, відповідно, опір і індуктивність фази обмотки. Індуктивність обмотки змінюється залежно від положення ротора:

У зв'язку з великим значенням повітряного зазору, введених магнітів, індуктивність обмотки з постійними магнітами або гібридний кроковий двигун залежить від положення ротора. Джерело напруги ea(Θ) являє собою двигун зворотньої ЕРС (електрорушійна сила), який є синусоїдальною функцією положення ротора:

де р-число пар полюсів і ψm максимальний магнітний потік двигуна.

В опорній позиції (Θ = 0), Північний полюс на роторі повністю відповідає осі полюса так, щоб фаза ЕРС тоді нулю.

Електромагнітний момент, що обертає двухфазний PM або гібридний кроковий двигун дорівнює сумі крутного моменту в результаті взаємодії фазних струмів і магнітних потоків, що створюються магнітами і фіксуючого крутного моменту, що призводить від положення ротора :

Для з постійними магнітами (PM) або гібридний кроковий двигун, еквівалентна схема для однієї фази показано на малюнку.

Рисунок 3 – схема однієї фази крокового двигуна з постійними магнітами

2. Діалогове вікно і його параметри

Рисунок 4 – діалогове вікно налаштувань гібридного крокового двигуна

Тип двигуна

Можливість вибрати двигун постійного або змінного струму

Кількість фаз

Можливість вибрати 3, 4 або 5 фаз

Максимальна індуктивність обмотки

Максимальна індуктивність Lmax (Генрі) кожної фази обмотки.

Мінімальна індуктивність обмотки

Мінімальна індуктивність Lmax (Генрі) кожної фази обмотки.

Опір обмотки

Опір Ra (Ом) кожної фази обмотки.

Кут кроку

Крок кут (у градусах) руху ротора.

Загальний момент інерції

Загальний момент інерції J (kg.m2) двигуна і навантаження.

Загальне тертя

Загальний коефіцієнт в'язкого тертя B (NMS) двигуна і навантаження.

Початкова швидкість

Початкова швидкість обертання ω0 (рад / с).

Початкове положення

Початкове положення ротора Θ0 (у градусах).

Рисунок 5 – діалогове вікно для налаштування необхідних параметрів гібридного крокового двигуна

Тип двигуна

Permanent-magnet/Hybrid реалізувати з постійним магнітом або гібридний кроковий двигун.

Кількість фаз

Можливість вибрати 2 або4 фази

Індуктивність обмотки

Індуктивність La (Генрі) кожної фази обмотки.

Опір обмотки

Опір Ra (Ом) кожної фази обмотки.

Кут кроку

Крок кут (у градусах) руху ротора.

Максимальний потокозчеплення

Максимальне потокозчеплення ψm (V.s) отримують шляхом магнітів.

Максимальний фіксуючий момент

Максимальний стопор, крутний момент Tdm (Нм) результат явнополюсності ротора

Загальний момент інерції

Загальний момент інерції J (kg.m2) двигуна і навантаження.

Загальний коефіцієнт в`язкого тертя

Загальний коефіцієнт в'язкого тертя B (NMS) двигуна і навантаження.

Початкова швидкість

Початкова швидкість ω0 (рад/с).

Початкове положення

Початкове положення Θ0 (радіани).

Входи і виходи TL

Крутний момент механічного навантаження (у N.m). TL є позитивним в роботі двигуна і негативним в роботі генератора.

Simulink вихід блоку є вектор, що містить 5 сигналів. Також можна демультіплексувати ці сигнали за допомогою селектора блок Bus, який знаходиться в бібліотеці Simulink.

Сигнал	Визначення	Одиниці вимірювання	Символьне позначення
1	Напруга фази	В	Vph
2	Струм фази	A	Iph
3	Електромагнітний момент	Н*м	Te
4	Швидкість ротора	Рад/с	w
5	Початкове положення ротора	Рад	Theta

Параметри, які використовуються в моделі крокового двигуна зазвичай отримують з технічних паспортів виробника. У разі, коли параметри не доступні, вони можуть бути визначені за допомогою проведення експериментальних вимірювань.

Параметри крокового двигуна зі змінним магнітамопором.

Параметри, що надаються паспортах виробника, як правило,: число фаз, утримує момент, крок кут, напруга на фазу, струм на фазу, опір обмотки (Ra), максимальна індуктивність (Lmax), середня індуктивність (L0), і ротор інерції (J).

Параметри двигуна з постійними магнітами.

Параметри, що надаються паспортах виробника, як правило,: число фаз, утримує момент, крок кут, напруга на фазу, струм на фазу, опір обмотки (Ra), індуктивність обмотки (La), і ротор інерції (J).

Максимальний крутний момент фіксатор (TDM) не завжди вказано. Цей параметр можна припустити, рівним 1-10% від максимального крутного моменту.

Максимальне потокозчеплення (ψm) не завжди вказано. Цей параметр може бути отриманий експериментально, приведенням в дію електродвигуна до постійної швидкості N (оборотів в хвилину) і шляхом вимірювання максимальної холостого ходу обмотки напруги Em (V).

Параметр ψm обчислюється за таким співвідношенням:

ψm = (30/pπ)(Em/N),

де р-число пар полюсів, заданих р = 360 / (2m · крок). Тут m = номер фази, крок = крок кут в градусах.