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什么是步進(jìn)電機(jī)共振?需要如何避免?
發(fā)布時(shí)間:2020-11-14 07:16:53
離散的,逐步的運(yùn)動(dòng)使步進(jìn)電機(jī)具有精確的定位能力,這也可能導(dǎo)致某些不良的性能特征,即由于共振而引起的振動(dòng)和噪聲。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子的慣性而在每一步中自然會(huì)表現(xiàn)出較小的振動(dòng),這會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)略微超調(diào)(或在某些情況下會(huì)下沖)步進(jìn)位置并振蕩,直到以正確的步進(jìn)角“穩(wěn)定”下來(lái)。
如果這些振蕩的頻率與電動(dòng)機(jī)的固有頻率相匹配,則會(huì)發(fā)生共振,從而導(dǎo)致聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲,振動(dòng),并在極端情況下導(dǎo)致失步或失速。
盡管制造商使用多種設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)降低步進(jìn)電機(jī)的共振(例如特殊繞組配置或低慣量轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)),但用戶(hù)或OEM仍可以采取一些措施來(lái)降低步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的共振。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的諧振頻率(ω)正比與電機(jī)的轉(zhuǎn)矩剛度(K)和慣性(J)之比的平方根,改變?nèi)魏我粋€(gè)參數(shù)都會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的諧振頻率。
減少步長(zhǎng)
減少步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共振的廣泛方案是減小電動(dòng)機(jī)的步長(zhǎng)。這可以通過(guò)微步進(jìn)或使用5相步進(jìn)電機(jī)來(lái)完成。
微步進(jìn)是步進(jìn)電機(jī)的一種控制方法,該方法通過(guò)電子方式將每個(gè)步分成較小的增量。步進(jìn)尺寸較小時(shí),每個(gè)繞組中電流的建立和衰減更加平緩,并且步進(jìn)之間的轉(zhuǎn)矩變化較小。

類(lèi)似地,五相步進(jìn)電機(jī)通過(guò)將定子和轉(zhuǎn)子齒之間的偏移減小到齒距的1/10來(lái)減小電機(jī)的步距,從而獲得0.72度的步進(jìn)角(相比之下,步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角為1.8度標(biāo)準(zhǔn)2相步進(jìn)電機(jī))。
同樣,較小的步長(zhǎng)意味著將轉(zhuǎn)子移至下一個(gè)位置所需的轉(zhuǎn)矩較小,因此電流的積累和衰減不再那么大,并且可以減少過(guò)沖。
增加阻尼
機(jī)械阻尼器(無(wú)論是內(nèi)部粘性阻尼器還是外部阻尼設(shè)備)都可以通過(guò)改變系統(tǒng)的慣性來(lái)消除或減少步進(jìn)電機(jī)的共振,從而改變電機(jī)的共振頻率。
如果電動(dòng)機(jī)確實(shí)發(fā)生共振,則阻尼器會(huì)吸收一些振動(dòng)能量,這些振動(dòng)能量是在電動(dòng)機(jī)振蕩并固定在步進(jìn)位置時(shí)產(chǎn)生的。
使用變速箱
雖然齒輪箱通常用于增加電動(dòng)機(jī)的扭矩,但是增加齒輪箱也會(huì)增加傳動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)側(cè)的慣性,從而降低電動(dòng)機(jī)的共振頻率(請(qǐng)參見(jiàn)上面的方程式)。

在步進(jìn)電機(jī)上增加齒輪箱也意味著電機(jī)將需要以更高的速度運(yùn)行,通常超出其共振頻率范圍。
使用斬波器驅(qū)動(dòng)器
減少步進(jìn)電機(jī)共振的另一種方法是精確控制流向電機(jī)的電流,以使其僅接收每一步所需的電流量(并因此獲得扭矩)。
這通常通過(guò)一種叫斬波器驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成,該驅(qū)動(dòng)器使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)改變輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓和電流,并精確地控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
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