步进电机

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深圳市东么川伺服控制技术有限公司

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步进电机为什么会震动?有哪些方法可以避免震动


对于步进电机的每个离散步进,系统的惯性会导致电机略微超过(或低于)预期的步进角。然后电机振荡或“响起”,直到它最终稳定在指令位置。如果这些逐步振荡的频率处于或接近电机的固有频率,则电机的稳定时间将会增加,并且可能会出现振动和可听噪声。这被称为共振,如果变得严重,可能会导致电机失步甚至失速。

所有物体都有一个自然的或共振的频率,在该频率下物体在没有任何阻尼力的情况下振动。对于经典的弹簧质量系统,共振频率是弹簧常数和质量的函数。

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对于步进电机系统,谐振频率是电机转矩常数和系统惯性的函数。(请注意,电机的谐振频率是转子惯性的函数,但在步进电机系统中,重要的是电机-负载组合的惯性 。)

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有几种方法可以减少步进电机系统中的共振,最简单的方法通常是改变系统的惯性。用户可以通过两种方式做到这一点——在电机和负载之间添加机械阻尼器,或者在系统中添加齿轮箱。

步进电机的机械阻尼器范围从吸收和消散振动能量的简单弹性体环,到 旨在匹配和抵消系统固有频率的调谐质量阻尼器。

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添加变速箱有两个好处。首先,它通过降低负载惯量来降低系统总惯量。(回想一下,当使用齿轮箱时,负载惯量除以齿轮比的平方)。当动力通过齿轮箱从电机传输时,电机必须以给定的输出速度更快地旋转到负载,因此电机以或接近其固有频率运行的可能性较小。

步进驱动器的控制方法也会影响电机的振动量。举个例子,使用微步进控制运行电机可以使每一步的转矩变化更小,因为绕组中电流的建立和衰减更加平缓。尽管微步操作仍然可能出现过冲(或下冲),但与全步操作相比,它的影响较小,因此稳定时间和振动会更低。

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五相步进电机的步距角也比典型的两相电机小。与微步进一样,步距角越小意味着每一步所需的电流越少,因此发生的任何振动都不那么严重。随着更多的相位(五相对两相)有助于输出扭矩,电机的扭矩纹波更低,振动也更少。

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从制造的角度来看,步进电机的振动趋势可以通过改变转子惯性(通过材料或设计改变)和改变电机和定子之间的气隙大小来减少,这反过来又会改变电机的扭矩刚度. 制造商还提供步进电机驱动器,用于监控和精确控制电机绕组中的电流,以提供平稳运行、最小化振动并避免共振。