電(diàn)机振动是经常遇到的问题,会影响電(diàn)机的使用(yòng)寿命,可(kě)以通过机械和電(diàn)磁方面解决。但是低速振动是所有(yǒu)步进電(diàn)机都存在的正常现象,是什么原因?
离散的,逐步的运动使步进電(diàn)机具有(yǒu)精确的定位能(néng)力,这也导致某些不良的性能(néng)特征,步进電(diàn)动机由于转子的惯性而在每一步中自然会表现出较小(xiǎo)的振动,这会导致電(diàn)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電(diàn)动机的固有(yǒu)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。
步进電(diàn)机共振區(qū)是指,步进電(diàn)机在固定细分(fēn)的某款驱动器下测试,在一定范围内,例:驱动器S-245D细分(fēn)1600时,50~100转/分(fēn),電(diàn)机抖动明显,超过或低于此速度则无明显抖动。
50~100转/分(fēn),这个范围就是共振區(qū),上面的任意一个点,都是共振点。
使用(yòng)步进電(diàn)机时一般是避开,如果一定要用(yòng)低速,可(kě)以采取一些措施来降低步进電(diàn)机系统的共振;我们也尝试通过加工工艺减少共振區(qū)范围,比如特殊绕组配置,低惯量转子设计,材料刚性,配合是否松动,结构是否存在不对称等。
步进電(diàn)动机的谐振频率(ω)正比与電(diàn)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電(diàn)动机的谐振频率。
(1)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(kě)以通过改变系统的惯性来消除或减少步进電(diàn)机的共振,从而改变電(diàn)机的共振频率。
如果電(diàn)动机确实发生共振,则阻尼器会吸收一些振动能(néng)量,这些振动能(néng)量是在電(diàn)动机振荡并固定在步进位置时产生的。
(2)精确控制流向電(diàn)机的電(diàn)流,比如在電(diàn)机驱动中串联電(diàn)阻Rs,会减小(xiǎo)電(diàn)机绕组时间常数,从而使换相变得迅速。
(3)加减速箱
在步进電(diàn)机上增加减速箱電(diàn)机将需要以更高的速度运行,从而避开其共振频率范围,达到低速输出速度。
(4)减少步距角
步距角X脉冲频率=電(diàn)机转速,较小(xiǎo)的步距角转子转至下一个位置所需的转矩较小(xiǎo),因此電(diàn)流的积累和衰减不再那么大,并且可(kě)以减少过冲。可(kě)以微步进或使用(yòng)五相相步进電(diàn)机来实现,五相步进電(diàn)机通过将定子和转子齿之间的偏移减小(xiǎo)到齿距的1/10来减小(xiǎo)電(diàn)机的步距,从而获得0.72度的步进角,但是成本高,减少步进電(diàn)动机共振的广泛方案是减小(xiǎo)電(diàn)机的步距角。通过電(diàn)子驱动器将每个步细分(fēn)成较小(xiǎo)的增量,一般不用(yòng)整步,1.8°半步细分(fēn)=0.9°,相应脉冲频率从200脉冲/圈提高到400;1.8度16个细分(fēn)=0.1125°,脉冲频率=3200脉冲/圈,驱动器的作用(yòng)就使步进電(diàn)机运行更加平稳。
(5)如果还是不能(néng)解决步进電(diàn)机低速时出现抖动和噪音,可(kě)以将步进電(diàn)机换成伺服電(diàn)机,伺服電(diàn)机的性能(néng)可(kě)以很(hěn)好的解决噪音以及振动的问题,相应的成本会增加。