什么是步进电机共振?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可听见的噪声。

 
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)与电动机的转矩刚度(K)的平方根除以惯性(J)成正比。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最广泛推荐方法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,该方法以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。这意味着位置超调不太极端,建立时间更短,并且振动和噪音大大降低。
 
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极端,并且可以减少过冲。
 
增加阻尼
步进电机共振
添加机械阻尼器是减少步进电机共振的一种简单方法。
 
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)。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)。这通常通过一种称为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。


发布日期:2022-08-30 浏览次数:86