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怎么樣避開步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)？

2021-05-12 | 文章出處：漢德保 | 人氣：3071

電機(jī)振動(dòng)是經(jīng)常遇到的問(wèn)題，會(huì)影響電機(jī)的使用壽命，可以通過(guò)機(jī)械和電磁方面解決。但是低速振動(dòng)是所有步進(jìn)電機(jī)都存在的正常現(xiàn)象，是什么原因？

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，這也導(dǎo)致某些不良的性能特征，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)致聽得見的噪聲，振動(dòng)，并在極端情況下導(dǎo)致失步或失速。

步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)是指，步進(jìn)電機(jī)在固定細(xì)分的某款驅(qū)動(dòng)器下測(cè)試，在一定范圍內(nèi)，例：驅(qū)動(dòng)器S-245D細(xì)分1600時(shí)，50~100轉(zhuǎn)/分，電機(jī)抖動(dòng)明顯，超過(guò)或低于此速度則無(wú)明顯抖動(dòng)。

50~100轉(zhuǎn)/分，這個(gè)范圍就是共振區(qū)，上面的任意一個(gè)點(diǎn)，都是共振點(diǎn)。

使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)一般是避開，如果一定要用低速，可以采取一些措施來(lái)降低步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的共振；我們也嘗試通過(guò)加工工藝減少共振區(qū)范圍，比如特殊繞組配置，低慣量轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，材料剛性，配合是否松動(dòng)，結(jié)構(gòu)是否存在不對(duì)稱等。

怎么樣避開步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)？

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。

（1）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。

（2）精確控制流向電機(jī)的電流，比如在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中串聯(lián)電阻Rs，會(huì)減小電機(jī)繞組時(shí)間常數(shù)，從而使換相變得迅速。

（3）加減速箱

在步進(jìn)電機(jī)上增加減速箱電機(jī)將需要以更高的速度運(yùn)行，從而避開其共振頻率范圍，達(dá)到低速輸出速度。

（4）減少步距角

步距角X脈沖頻率=電機(jī)轉(zhuǎn)速，較小的步距角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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。可以微步進(jìn)或使用五相相步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，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，但是成本高，減少步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共振的廣泛方案是減小電機(jī)的步距角。通過(guò)電子驅(qū)動(dòng)器將每個(gè)步細(xì)分成較小的增量，一般不用整步，1.8°半步細(xì)分=0.9°，相應(yīng)脈沖頻率從200脈沖/圈提高到400；1.8度16個(gè)細(xì)分=0.1125°，脈沖頻率=3200脈沖/圈，驅(qū)動(dòng)器的作用就使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

（5）如果還是不能解決步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)出現(xiàn)抖動(dòng)和噪音，可以將步進(jìn)電機(jī)換成伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的性能可以很好的解決噪音以及振動(dòng)的問(wèn)題，相應(yīng)的成本會(huì)增加。