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什么是步进电机共振?需要如何避免?


  离散的,逐步的运动使步进电机具有精确的定位能力,这也可能导致某些不良的性能特征,即由于共振而引起的振动和噪声。

  步进电动机由于转子的惯性而在每一步中自然会表现出较小的振动,这会导致电动机略微超调(或在某些情况下会下冲)步进位置并振荡,直到以正确的步进角“稳定”下来。


  如果这些振荡的频率与电动机的固有频率相匹配,则会发生共振,从而导致听得见的噪声,振动,并在极端情况下导致失步或失速。


  尽管制造商使用多种设计技术来降低步进电机的共振(例如特殊绕组配置或低惯量转子设计),但用户或OEM仍可以采取一些措施来降低步进电机系统的共振。
 

  步进电动机的谐振频率(ω)正比与电机的转矩刚度(K)和惯性(J)之比的平方根,改变任何一个参数都会改变电动机的谐振频率。


减少步长
 

  减少步进电动机共振的广泛方案是减小电动机的步长。这可以通过微步进或使用5相步进电机来完成。

  微步进是步进电机的一种控制方法,该方法通过电子方式将每个步分成较小的增量。步进尺寸较小时,每个绕组中电流的建立和衰减更加平缓,并且步进之间的转矩变化较小。

减少步长

  类似地,五相步进电机通过将定子和转子齿之间的偏移减小到齿距的1/10来减小电机的步距,从而获得0.72度的步进角(相比之下,步进电机的步进角为1.8度标准2相步进电机)。

同样,较小的步长意味着将转子移至下一个位置所需的转矩较小,因此电流的积累和衰减不再那么大,并且可以减少过冲。


增加阻尼
 

  机械阻尼器(无论是内部粘性阻尼器还是外部阻尼设备)都可以通过改变系统的惯性来消除或减少步进电机的共振,从而改变电机的共振频率。

  如果电动机确实发生共振,则阻尼器会吸收一些振动能量,这些振动能量是在电动机振荡并固定在步进位置时产生的。


使用变速箱
 

  虽然齿轮箱通常用于增加电动机的扭矩,但是增加齿轮箱也会增加传动系统的电动机侧的惯性,从而降低电动机的共振频率(请参见上面的方程式)。

使用变速箱

  在步进电机上增加齿轮箱也意味着电机将需要以更高的速度运行,通常超出其共振频率范围。
 

使用斩波器驱动器
 

  减少步进电机共振的另一种方法是精确控制流向电机的电流,以使其仅接收每一步所需的电流量(并因此获得扭矩)。
 

这通常通过一种叫斩波器驱动器的步进驱动器来完成,该驱动器使用脉冲宽度调制来改变输出到电动机的电压和电流,并精确地控制电动机的转矩。




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