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怎么样避开步进电机共振区?

文章出处:汉德保(HDB)电机 人气:2045发表时间:2021-04-24
电机振动是经常遇到的问题,会影响电机的使用寿命,可以通过机械和电磁方面解决。但是低速振动是所有步进电机都存在的正常现象,是什么原因?
离散的,逐步的运动使步进电机具有精确的定位能力,这也导致某些不良的性能特征,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。
步进电机共振区是指,步进电机在固定细分的某款驱动器下测试,在一定范围内,例:驱动器S-245D细分1600时,50~100转/分,电机抖动明显,超过或低于此速度则无明显抖动。
50~100转/分,这个范围就是共振区,上面的任意一个点,都是共振点。
使用步进电机时一般是避开,如果一定要用低速,可以采取一些措施来降低步进电机系统的共振;我们也尝试通过加工工艺减少共振区范围,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。
怎么样避开步进电机共振区?
步进电动机的谐振频率(ω)正比与电机的转矩刚度(K)和惯性(J)之比的平方根,改变任何一个参数都会改变电动机的谐振频率。
(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。
(2)精确控制流向电机的电流,比如在电机驱动中串联电阻Rs,会减小电机绕组时间常数,从而使换相变得迅速。
(3)加减速箱
在步进电机上增加减速箱电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=电机转速,较小的步距角转子转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大,并且可以减少过冲。可以微步进或使用五相相步进电机来实现,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,但是成本高,减少步进电动机共振的广泛方案是减小电机的步距角。通过电子驱动器将每个步细分成较小的增量,一般不用整步,1.8°半步细分=0.9°,相应脉冲频率从200脉冲/圈提高到400;1.8度16个细分=0.1125°,脉冲频率=3200脉冲/圈,驱动器的作用就使步进电机运行更加平稳。
(5)如果还是不能解决步进电机低速时出现抖动和噪音,可以将步进电机换成伺服电机,伺服电机的性能可以很好的解决噪音以及振动的问题,相应的成本会增加。
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