無刷步進(jìn)電機(jī)的振蕩和失步是—種普遍存在的現(xiàn)象,它影響應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行,因此要盡力去避免。
1、振 蕩
無刷步進(jìn)電機(jī)的振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生于:
無刷步進(jìn)電機(jī)工作在低頻區(qū);
無刷步進(jìn)電機(jī)工作在共振區(qū);
無刷步進(jìn)電機(jī)突然停車時(shí)。
1)低頻振蕩:
當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)工作在低頻區(qū)時(shí),由于勵(lì)磁脈沖間隔的時(shí)間較長,步進(jìn)電動機(jī)表現(xiàn)為單步運(yùn)行。
當(dāng)勵(lì)磁開始時(shí),轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動。在到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)。電磁驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為零,但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最大.由于慣性,轉(zhuǎn)子沖過平衡點(diǎn)。這時(shí)電磁力產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)還,轉(zhuǎn)子在負(fù)轉(zhuǎn)矩的作用下,轉(zhuǎn)速逐漸為零,并開始反向轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)過平衡點(diǎn)后。電磁力又產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩,迫使轉(zhuǎn)子又正向轉(zhuǎn)動。如此下去,形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點(diǎn)的振蕩。由于有機(jī)械摩擦和電磁阻尼的作用,這個(gè)振蕩表現(xiàn)為衰減振蕩、最終穩(wěn)定在平衡點(diǎn)。
2) 低頻共振:
當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)的脈沖頻率接近步進(jìn)電動機(jī)的固有振蕩頻率或振蕩頻率的分頻或倍頻時(shí),會使振蕩加劇,嚴(yán)重時(shí)造成失步。
當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)工作在高頻區(qū)時(shí),由于換相周期短,轉(zhuǎn)子來不及反沖。同時(shí)。繞組中的電流尚未上升到穩(wěn)定值,轉(zhuǎn)子沒有獲得足夠的能量,所以在這個(gè)上作區(qū)中不會產(chǎn)生振蕩。
2、失 步
步進(jìn)電動機(jī)的失步原因有2種:
1)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于旋轉(zhuǎn)磁場的速度、或者說慢于換相速度。
例:步進(jìn)電動機(jī)在啟動時(shí),如果脈沖的頻率較高,由于電動機(jī)來不及獲得足夠的能量,轉(zhuǎn)子無法跟上旋轉(zhuǎn)磁場的速度,所以引起失步。因此,步進(jìn)電動機(jī)有一個(gè)啟動頻率。超過啟動頻率啟動時(shí),肯定會產(chǎn)少失步。注意:啟動頻率不是一個(gè)固定值.提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、減小負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量、減小步距角都可以提高步進(jìn)電動機(jī)的啟動頻率。
2)轉(zhuǎn)子的平均速度大于旋轉(zhuǎn)磁場的速度。這主要發(fā)生在制動和突然換向時(shí),轉(zhuǎn)子獲得過多的能量,產(chǎn)生嚴(yán)重的過沖,引起失步。
3、消除振蕩——阻尼方法:機(jī)械阻尼法和電子阻尼法
機(jī)械阻尼法比較單一,就是在電動機(jī)軸上加阻尼器,電子阻尼法則有多種:
1)多相勵(lì)磁法
多相勵(lì)磁會產(chǎn)生電磁阻尼,削弱或消除振蕩現(xiàn)象,如電動機(jī)的雙三拍和六柏方式。
2)變頻變壓法
步進(jìn)電機(jī)在高頻和在低頻時(shí)轉(zhuǎn)子所獲得的能量不一樣。在低頻時(shí),繞組中的電流上升時(shí)間長,轉(zhuǎn)子獲得的能量大,因此容易產(chǎn)生振蕩,在高頻時(shí)則相反。所以,可以設(shè)計(jì)一種電路,使電壓隨頻率的降低而減小,這樣使繞組在低頻時(shí)的電流減小,可以有效地消除振蕩。
3)細(xì)分步法
將步進(jìn)電動機(jī)繞組中的穩(wěn)定電流分成若干級,每進(jìn)一步,電流升一級,也相對地提高步進(jìn)頻率,使步進(jìn)過程平穩(wěn)進(jìn)行。
4)反相阻尼法——用于步進(jìn)電動機(jī)制動
在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子要過平衡點(diǎn)之前,加一個(gè)反向作用力以平衡慣性力,使轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)速度為零,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確制動。例如,三相步進(jìn)電動機(jī)工作在單三拍,正處于B拍,并希望它停在C拍,則控制換相B-C-B-C,第二個(gè)B拍起平衡慣性力作用,而不是讓電動機(jī)走一步。
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