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无刷步进电机的振荡和失步原因

-2019-12-30-

无刷步进电机的振荡和失步是—种普遍存在的现象,它影响应用系统的正常运行,因此要尽力去避免。

1、振 荡

无刷步进电机的振荡现象主要发生于:

无刷步进电机工作在低频区;

无刷步进电机工作在共振区;

无刷步进电机突然停车时。

1)低频振荡:

当步进电动机工作在低频区时,由于励磁脉冲间隔的时间较长,步进电动机表现为单步运行。

当励磁开始时,转子在电磁力的作用下加速转动。在到达平衡点时。电磁驱动转矩为零,但转子的转速最大.由于惯性,转子冲过平衡点。这时电磁力产生负转还,转子在负转矩的作用下,转速逐渐为零,并开始反向转动。当转子反转过平衡点后。电磁力又产生正转矩,迫使转子又正向转动。如此下去,形成转子围绕平衡点的振荡。由于有机械摩擦和电磁阻尼的作用,这个振荡表现为衰减振荡、最终稳定在平衡点。

2) 低频共振:

当步进电动机的脉冲频率接近步进电动机的固有振荡频率或振荡频率的分频或倍频时,会使振荡加剧,严重时造成失步。

当步进电动机工作在高频区时,由于换相周期短,转子来不及反冲。同时。绕组中的电流尚未上升到稳定值,转子没有获得足够的能量,所以在这个上作区中不会产生振荡。


2、失 步

步进电动机的失步原因有2种:

1)转子的转速慢于旋转磁场的速度、或者说慢于换相速度。

例:步进电动机在启动时,如果脉冲的频率较高,由于电动机来不及获得足够的能量,转子无法跟上旋转磁场的速度,所以引起失步。因此,步进电动机有一个启动频率。超过启动频率启动时,肯定会产少失步。注意:启动频率不是一个固定值.提高电动机的转矩、减小负载转动惯量、减小步距角都可以提高步进电动机的启动频率。

2)转子的平均速度大于旋转磁场的速度。这主要发生在制动和突然换向时,转子获得过多的能量,产生严重的过冲,引起失步。


3、消除振荡——阻尼方法:机械阻尼法和电子阻尼法


机械阻尼法比较单一,就是在电动机轴上加阻尼器,电子阻尼法则有多种:

1)多相励磁法

多相励磁会产生电磁阻尼,削弱或消除振荡现象,如电动机的双三拍和六柏方式。

2)变频变压法

步进电机在高频和在低频时转子所获得的能量不一样。在低频时,绕组中的电流上升时间长,转子获得的能量大,因此容易产生振荡,在高频时则相反。所以,可以设计一种电路,使电压随频率的降低而减小,这样使绕组在低频时的电流减小,可以有效地消除振荡。

3)细分步法

将步进电动机绕组中的稳定电流分成若干级,每进一步,电流升一级,也相对地提高步进频率,使步进过程平稳进行。

4)反相阻尼法——用于步进电动机制动

在步进电动机转子要过平衡点之前,加一个反向作用力以平衡惯性力,使转子到达平衡点时速度为零,实现准确制动。例如,三相步进电动机工作在单三拍,正处于B拍,并希望它停在C拍,则控制换相B-C-B-C,第二个B拍起平衡惯性力作用,而不是让电动机走一步。