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怎么樣避開(kāi)步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)?

文章出處:漢德保(HDB MOTOR)電機(jī) 人氣:5399發(fā)表時(shí)間:2021-04-24
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(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。
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(kāi),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(chēng)等。
怎么樣避開(kāi)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(kāi)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。
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