Стратегии предотвращения проблем с резонансом шагового двигателя

Когда для приложения требуется надежный, недорогой двигатель с простым управлением, шаговые двигатели могут оказаться труднопревзойденными. Однако та же простая конструкция и метод управления, которые сделали шаговые двигатели популярными, в определенных условиях могут привести к проблемам с резонансом.

Когда для приложения требуется надежный, недорогой двигатель с простым управлением, шаговые двигатели могут оказаться труднопревзойденными. Их можно приводить в движение шаг за шагом без необходимости использования энкодера или датчика Холла для обратной связи по положению ротора. Однако та же простая конструкция и метод управления, которые делают шаговые двигатели популярными, могут привести к проблемам с резонансом в определенных условиях. В этой статье будут рассмотрены различные способы избежать проблем с резонансом и обеспечить бесперебойное движение.

Фазы шагового двигателя последовательно коммутируются внешним электронным драйвером, который впоследствии перемещает ротор, который часто имеет постоянный магнит, из одного стабильного положения в другое. Соответствующий двигатель обеспечит достаточный крутящий момент для перемещения ротора и нагрузки на следующий этап после каждой коммутации. Если крутящий момент недостаточен или скорость слишком высока, синхронизация между приводом и фактическим положением ротора может быть потеряна.

На каждом этапе ротор стремится совместить свои полюса с полюсами статора. Пока одна фаза постоянно находится под напряжением (без переключения на следующую фазу), ротор сохраняет стабильное положение.

Избегайте собственной частоты Резонанс обычно возникает, когда частота коммутации близка к собственной частоте колебаний механической системы. Соответственно, самый простой способ предотвратить возникновение резонанса — это держать частоту коммутации подальше от собственной частоты системы. Работа с другой частотой коммутации может потребовать других изменений в приложении для сохранения той же скорости, но такие изменения не всегда возможны.Сдвиг собственной частоты Вместо изменения частоты коммутации вы можете сдвигать собственную частоту выше или ниже в зависимости от ваших ограничений или проблем, чтобы предотвратить совпадение частоты коммутации с ней. Этого можно добиться, воздействуя на два фактора, влияющих на собственную частоту: удерживающий момент и общую инерцию в системе.

Предотвратите резонанс с помощью микрошагов Чем выше энергия, поступившая в механическую систему, тем выше риск возникновения явления резонанса. Чтобы предотвратить это, микрошаг может стать хорошей альтернативой приведению в действие шагового двигателя с полными шагами. Каждый микрошаг имеет меньший угол шага и требует меньше энергии для перемещения из одного устойчивого положения в другое. Поскольку отклонение заданного положения меньше вместе с величиной колебаний, микрошаг часто является эффективным способом избежать резонанса. Кроме того, микрошаги обычно обеспечивают более низкий уровень шума, меньшую вибрацию и более плавную работу.Демпфирование за счет трения Трение обеспечивает тормозной момент, противоположный мгновенному направлению вращения. Этот крутящий момент является постоянным, независимо от скорости двигателя. Хотя это помогает демпфировать колебания и предотвращает резонанс, имейте в виду, что трение также увеличивает нагрузку, приложенную к двигателю на любой скорости. Поэтому важно убедиться, что двигатель обеспечивает достаточную производительность при добавлении трения для предотвращения резонанса. Вязкое трение также обеспечивает тормозной момент, но его величина зависит от частоты вращения двигателя. Чем выше скорость, тем сильнее вязкое демпфирование. По этой причине вязкое демпфирование обеспечивает сильное торможение вначале, когда скорость и амплитуда колебаний больше, и только очень легкое торможение, когда колебания меньше - в отличие от сухого трения, которое обеспечивает ту же величину торможения даже на очень низкой скорости. Это делает вязкое трение желательным для гашения колебаний за очень короткое время и без слишком большой нагрузки на двигатель. Различные явления могут привести к возникновению вязкого трения в системе:

Хотя шаговые двигатели обеспечивают простое и экономичное позиционирование, их пошаговая последовательная работа может при определенных условиях привести к проблемам с резонансом. Иногда резонанс можно устранить, воздействуя на одну причину. Но в зависимости от технологии и конструкции двигателя, помимо частоты собственных колебаний, могут существовать дополнительные частотные диапазоны, такие как резонанс средних частот, которые могут вызвать резонанс. Поставщики двигателей могут помочь вам определить диапазоны частот, которые могут вызвать резонанс, и предложить решения для предотвращения возникновения проблем. Для получения дополнительной информации о шаговых двигателях Portescap посетите нашу страницу продукта.