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步进电机噪音(噪声)大,降噪技术来帮忙


电动机噪声的大小取决于电动机的种类,环境条件及具体应用。永磁体电动机和混合步进电动机由于其转动更稳定,一般比较安静。而且变阻式步进电动机无论用在什么地方,噪音最大。
要了解噪音的来源,我们需要考虑旋转运动是如何产生的。步进马达在执行步进动作时,并不立即停止,而是在完全停止前和后继续轻微的前后移动。通过在电机驱动器中采用特定的控制逻辑,可以解决这一问题。电动机运转时,在电动机完成上一步但停止前,驱动器发出指令开始下一步。该电机的连续、定时前进,可减少噪音和振动。
还应注意的是,每台步进电动机都有一个共振频率,通常当电动机以每秒150至300步的速度运行时,共振会发生。很多设计者为了尽量减少噪音和振动,往往会避开这个频率范围。但是插上适当设计调整尺寸的减速器也能降低振动。也有一个传统的解决办法,在曲轴上安装后置式减振器,同样可以降低振动。
降低噪音技术
大部分步进电机是通过脉宽调制(PWM)信号来控制的,它通过连续地强制H桥在开关状态下切换,来调节馈入电机的电流。在此基础上设计的驱动电路一般称为斩波器驱动电路,因为它可以随PWM波形的变化而改变输出电压,从而给电机绕组提供恒定电流。
相反,L/R技术的设计目的是保持对线圈施加的电压不变,而电流斩波的优点是,它是一种非常有效、紧凑和经济的解决方案,只产生少量的热量。
值得注意的是,对步进电机的调制信号会产生音频信号,PWM频率在音频频带中下降更严重。即使步进电动机停止运行或保持在一定的位置,它的噪音产生的机理也很容易通过实验来验证。这主要是在开关频率低于20kHz的情况下发生的。所以,降低噪声的第一个办法就是提高开关频率,这不难理解。大部分斩波器驱动器可以通过改变外部电阻或电容的值来提高开关频率。目标是改变电流调节用的PWM信号在关闭状态的持续时间,关闭时间越短,开关频率越高。
但频率不能太高,因为超过一定限度,开关损耗会增大。更合适的开关频率在30~50kHz之间。若仍不能,则可降低施加于马达绕组的电流。事实上,更小的电流意味着振动更小,当然噪音也会随之减少。
然而,这种方法有副作用,即可以减少扭矩。若转矩过小,就会导致动作失常。因为电动机是开环控制的,即使在最恶劣的工况下,也必须给电动机提供足够的电流,以保证其能正常运行。一种好的折衷是降低电动机停机时的电流。
一般情况下,电动机维持位置所需的电流比加速或以恒定速度旋转电动机要小得多。在实际应用中,所有步进电机驱动器都可以通过改变参考电压的方式来设定电流值。ITrip断开电流是RSENSE外部电阻和VREF参考电压的函数。一旦选择了RSENSE电阻后,设计者在运行时它的值是固定的,所以可以通过动态改变VREF来修改ITrip。
如需进一步降低噪声,可采用慢衰减模式(不采用快速或混合衰减模式)运行电机。该方式最大程度地减少了驱动电流的波动,从而减少了噪音,提高了驱动效率。然而,慢衰减模式并不总是最好的解决方法,尤其是在采用微步技术的情况下。
步进式驱动器
该集成驱动器设计用于为各种应用提供简单配置和高级控制功能。综合编码器使得步进电机成为应用于同步位置的最佳选择。只需在功率晶体管上接一个线圈,在控制电路上接一个晶体管,就可以驱动步进电机。