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步进电机的驱动与解决方案

信息来源:直线丝杆步进电机供应商科瑞通电子    添加时间:2018-07-12
多数步进电机采用双凸极设计,转子和定子结构上均有齿。如同 BLDC 或 PMSM 电机,永久磁性位于转子上,电磁包含在定子中。多数设计包含 2 个定子相位,由正交相位信号独立驱动。驱动这些相位有许多方法,包括全步进、半步进或微步进,取决于使用的控制技术。每种情况下都会确定子磁通矢量,转子上的磁性将尝试与该矢量保持一致。

由于转子和定子的齿数不同,产生的移动或步进可能极小。对齐之后,定子电流立即按这种方式发生变化,以增加定子磁通矢量角度,从而使电机移动到下一个步进。由于多数应用中没有位置反馈,转子磁通可以与定子磁通保持一致,这会产生无助于电机运行的定子电流。因此,步进电机没有其它常用电机那样有效。 由于多数步进电机的步进角相对较小,因此不是高速应用的最佳选择。某些应用需要定子电流来完全更改每个步进的极性。与定子线圈关联的电感通常会阻止这种变化,电流达到新水平需要一段时间。

步频较高时,电流再次变化之前可能无法完全达到稳定状态值。因此,驱动相位的电压必须以更快的速度增加,以使电流变化更快。但最终会达到增益递减点,此时就无法再进行高速运行。 如前所述,步进设计因其固有的低阻尼因数,常常受到共振问题的困扰。

这会增加可闻噪声,严重情况下还会导致错误步进。为了消除这些问题(并增加步进分辨率),步进绕线通常使用正弦波形驱动,而非方波。这时,电机称为微步进。在微步进应用中驱动步进的一种常用方法是,将每个线圈置于单独的 H 桥电路中,然后利用处理器中的 PWM 调节正弦波形。但设计者必须记住,增加步进分辨率不一定会增加步进精度,尤其是在开环应用中。这由两个因素造成: 实际与 指令转子位置将受到电机负载影响,如步进的静态扭矩曲线所示。实际轴角可以与指令步进角相差几个微步进,具体取决于扭矩负载。 步进角精度还受制造转子和定子结构的电机设计和容限的影响。用于微步进应用的步进电机制造标准较高,因此较为昂贵。但是,微步进仍常常与便宜的步进电机配合使用,仅为提高共振敏感度。

由于步进电机成本低,控制线路简单,调试方便,所以在许多开环控制系统中得到了广泛的应用。但是当步进电机转子运动频率达到其机械谐振点时,就会产生谐振和噪声。为了克服机械噪声可以改变驱动方式,步进电机的驱动方式一般分为单相激励、两相激励和半步激励等。单相激励时虽然具有输入功率小,温度不会升的太高的优点,但是由于振荡厉害,控制不稳,所以很少采用。两相激励、半步激励都可以提高平稳度,减小机械振荡。据此,采用细分驱动控制减小噪声是一种比较完善和理想的解决手段。
深圳市科瑞通电子有限公司主营产品:行星减速步进电机、直线丝杆步进电机、步进伺服步进驱动器、步进电机、一体式步进刹车步进电机、防水步进电机等各类型号的步进电机,欢迎来电咨询。电话:0755-33263356
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