步进电机是在电子设计中实现的更简单的电机之一,其中需要精确度和可重复性。不幸的是,步进电机的结构对电机提出了相当低的速度限制,远低于电子设备驱动电机的速度。当需要步进电机的高速运行时,随着许多因素开始发挥作用,实施的难度增加。
高速步进电机因素
当步进电机高速驱动时,有几个因素成为重要的设计和实施挑战。像许多组件一样,步进电机的真实行为并不理想,与理论相去甚远。步进电机的最大速度会因制造商,型号和电机的电感而异,速度可达1000-3000 RPM(对于更高的速度,伺服电机是更好的选择)。影响步进电机高速行驶的主要因素是:
惯性
任何移动物体都具有惯性,该惯性抵抗物体加速度的变化。在低速应用中,可以以所需的速度开始驱动步进电机而不会错过任何一个步骤。然而,试图立即高速驱动步进电机上的负载是跳过步骤和失去位置的好方法。除了惯性效应很小的非常轻的负载外,步进电机必须从低速到高速上升,以保持位置和精度。先进的步进电机控制包括加速度限制和补偿惯性的策略。
扭矩曲线
步进电机的转矩对于每个运行速度都不相同,但随着步进速度的增加而下降。其原因在于步进电机的运行原理。步进电机的驱动信号在电机的线圈中产生磁场,以产生迈出一步的力。磁场达到最大强度所需的时间取决于线圈的电感,驱动电压和电流限制。随着驱动速度的增加,线圈保持其全强度的时间缩短,电机可产生的扭矩下降。
驱动信号
为了最大化步进电机的力,驱动信号电流必须达到最大驱动电流,而在高速应用中,必须尽快完成。使用更高电压信号驱动步进电机有助于提高高速时的扭矩,这些扭矩会自动应用于恒流步进驱动器解决方案中。
盲区
电机的理想概念允许它以任何速度驱动,随着速度的增加,扭矩的减小更为严重。不幸的是,步进电动机通常具有死区,其中电动机不能以给定速度驱动负载。这是由于系统中的共振,并且因产品和设计而异。
谐振
步进电机驱动机械系统,所有机械系统都会受到共振。当驱动频率与系统的固有频率匹配时发生共振,并且添加到系统的能量倾向于增加其振动和扭矩损失而不是其速度。在过度振动会产生问题的应用中,找到并跳过共振步进电机的速度尤为重要。即使是可以承受振动的应用也应尽可能避免共振,因为它会显着降低系统的寿命。
一步的大小
步进电机有一些可用的驱动策略,包括微步进,允许电机进行小于全步。这些微步骤的精度降低,但它们确实使步进电机在较低速度下运行更安静。步进电机只能如此快速地驱动,并且电机在微步或全步中看不到差异。对于全速运行,通常需要驱动步进电机全步。但是,通过步进电机加速曲线的微步进可以显着降低系统中的噪音和振动。