步進(jìn)電機(jī)為自動(dòng)化行業(yè)提供了一種經(jīng)濟(jì)高效且簡(jiǎn)單的方法，可以在各種應(yīng)用中對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)字控制，包括包裝設(shè)備、3D 打印機(jī)、材料處理和分揀線、臺(tái)式 CNC 機(jī)床等。它們是許多旋轉(zhuǎn)和線性定位軸的關(guān)鍵部件。步進(jìn)電機(jī)的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)在于其簡(jiǎn)單性和在開(kāi)環(huán)控制方案中準(zhǔn)確定位的能力，無(wú)需電機(jī)向控制器提供任何反饋。要獲得開(kāi)環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)的****性能優(yōu)勢(shì)，需要了解如何指定步進(jìn)電機(jī)并將其安裝到應(yīng)用程序中。以下是步進(jìn)電機(jī)用戶（無(wú)論是新手還是老手）都容易犯的六個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤。 1.“步進(jìn)電機(jī)的扭矩規(guī)格比我在實(shí)踐中看到的要高。” 在計(jì)算出在應(yīng)用中移動(dòng)負(fù)載所需的扭矩后，用戶根據(jù) (1) 步進(jìn)電機(jī)的保持扭矩規(guī)格或 (2) 速度-扭矩曲線來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)。一旦安裝并連接到負(fù)載上，電機(jī)就不會(huì)產(chǎn)生預(yù)期的扭矩量。一個(gè)錯(cuò)誤是使用保持扭矩作為性能指標(biāo)來(lái)指定步進(jìn)電機(jī)。保持扭矩定義了電機(jī)在保持 位置而不移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭矩。它通常是電機(jī)在移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭矩的不良指標(biāo)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的扭矩會(huì)從保持扭矩值急劇下降，即使在幾轉(zhuǎn)之后也是如此。隨著速度的增加，扭矩進(jìn)一步下降。因此，不要僅根據(jù)保持扭矩來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)。第二個(gè)錯(cuò)誤是沒(méi)有理解速度-扭矩曲線的本質(zhì)。速度-扭矩曲線表示步進(jìn)電機(jī)失速時(shí)的扭矩。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)失速時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子失去同步，軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。為確保步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并提供足夠的扭矩來(lái)移動(dòng)負(fù)載，請(qǐng)通過(guò)估計(jì)安全邊際來(lái)評(píng)估速度-扭矩曲線。一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是想象一條平行于速度-扭矩曲線的線，大約是公布曲線高度的 1/2 到 2/3。這條假想線表示步進(jìn)電機(jī)可以可靠地產(chǎn)生的扭矩量，并且失速風(fēng)險(xiǎn)最小。
2.“步進(jìn)電機(jī)太熱了；一定有什么問(wèn)題�！� 步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)用于熱運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)中最常用的絕緣等級(jí)是 B 級(jí)，其額定工作溫度高達(dá) 130°C。這意味著步進(jìn)電機(jī)的表面溫度在發(fā)生故障之前可以達(dá)到 90°C 或更高。這個(gè)溫度比一個(gè)人在不灼傷皮膚的情況下可以觸摸到的溫度要高得多。因此，請(qǐng)將步進(jìn)電機(jī)安裝在遠(yuǎn)離人體接觸機(jī)會(huì)高的區(qū)域。 步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)用于在高溫下運(yùn)行，因?yàn)樗鼈冇糜陂_(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)在沒(méi)有任何電流反饋（或速度或位置反饋）的情況下運(yùn)行，所以無(wú)論扭矩需求如何，驅(qū)動(dòng)器提供的電流都是恒定的。為了從步進(jìn)電機(jī)獲得****扭矩，制造商在指定它們時(shí)會(huì)考慮 B 級(jí)絕緣；因此，額定電流旨在****限度地提高扭矩輸出而不會(huì)過(guò)熱。最終結(jié)果是步進(jìn)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生很大的扭矩……但這樣做也會(huì)變得很熱。 3.“我可以使用 12 伏電源為步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器供電嗎？” 對(duì)于任何類型的電機(jī)，不僅僅是步進(jìn)電機(jī)，電源電壓都與電機(jī)速度直接相關(guān)。隨著向系統(tǒng)提供更高的電壓，電機(jī)達(dá)到更高的速度。為伺服和直流電機(jī)指定的額定電源電壓對(duì)應(yīng)于其他額定規(guī)格，包括速度、扭矩和功率。如果步進(jìn)電機(jī)指定了額定電壓，則通常不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)的繞組電阻乘以額定電流。這對(duì)于產(chǎn)生保持扭矩很有用，但在步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)時(shí)幾乎沒(méi)有用處。與所有電動(dòng)機(jī)一樣，當(dāng)軸開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì) (BEMF) 電壓，阻止電流流入繞組。為了產(chǎn)生可用扭矩，電源電壓必須大大高于 BEMF。速度-轉(zhuǎn)矩曲線中規(guī)定的電源電壓是必不可少的信息。如果忽略，例如在公布的曲線使用 48V 電源時(shí)使用 12V 電源，電機(jī)將無(wú)法達(dá)到預(yù)期扭矩。 4.“我不能用幾個(gè) PLC 輸出來(lái)運(yùn)行這個(gè)步進(jìn)電機(jī)嗎？為什么需要驅(qū)動(dòng)器？” 兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使用一組八個(gè)連接形成 H 橋的晶體管。從 PLC 輸出創(chuàng)建等效的 H 橋?qū)⑿枰藗�(gè)輸出。一些帶有六根導(dǎo)線的兩相步進(jìn)電機(jī)只需四個(gè)晶體管即可驅(qū)動(dòng)。對(duì)于這些，您可以使用四個(gè) PLC 輸出來(lái)前后旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)。然而，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的作用遠(yuǎn)不止 H 橋中的晶體管提供的簡(jiǎn)單排序。 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使用總線電壓的 PWM 開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)各相中的電流。正如前面關(guān)于電壓的部分所述，電源電壓必須足夠高以克服 BEMF 并產(chǎn)生高速扭矩。具有微步功能的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步改進(jìn)了 PWM 開(kāi)關(guān)邏輯，以根據(jù)正弦波對(duì)各相中的電流進(jìn)行比例分配，從而獲得比步進(jìn)電機(jī)的基本步距角更精細(xì)的定位。超越最基本的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，那些具有板載軌跡發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)預(yù)設(shè)的加速和減速率自動(dòng)提高和降低電機(jī)速度。對(duì)于有興趣剖析步進(jìn)電機(jī)工作原理的人來(lái)說(shuō)，使用 PLC 輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)可能是一個(gè)很好的項(xiàng)目。對(duì)于任何嚴(yán)肅的運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目，您都需要合適的驅(qū)動(dòng)器。
5.“步進(jìn)電機(jī)太吵了……肯定有問(wèn)題。” 每次步進(jìn)電機(jī)邁出一步，它都會(huì)在轉(zhuǎn)子固定到位時(shí)產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)響聲（想想彈簧上的經(jīng)典質(zhì)量）。振鈴是電機(jī)的自然諧振頻率，它基于電機(jī)結(jié)構(gòu)。當(dāng)電機(jī)步進(jìn)的頻率接近或等于它時(shí)，自然諧振頻率被放大。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以全步序列（可用的****分辨率；等于電機(jī)的步距角）和低速（通常在每秒 1 到 5 轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)）驅(qū)動(dòng)時(shí)，這種噪音最為明顯。當(dāng)用戶測(cè)試步進(jìn)電機(jī)時(shí)，最常出現(xiàn)的噪聲問(wèn)題是電機(jī)未安裝且未連接到任何負(fù)載。在這種情況下，電機(jī)可以隨心所欲地自由共振，而無(wú)需任何阻尼共振。幸運(yùn)的是，一些簡(jiǎn)單的方法可以減輕共振：通過(guò)安裝電機(jī)并將電機(jī)軸連接到負(fù)載，為系統(tǒng)添加機(jī)械阻尼。將軸與負(fù)載耦合會(huì)增加系統(tǒng)的慣性或摩擦力……這反過(guò)來(lái)會(huì)改變或抑制電機(jī)的自然諧振頻率。通過(guò)微步減小步距角。微步時(shí)，每一步的步距角要小得多，自然共振頻率被激發(fā)得更少。如果這些步驟都不起作用，請(qǐng)考慮使用在其當(dāng)前控制邏輯中內(nèi)置反諧振算法的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。 6.“我需要一個(gè)編碼器來(lái)運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)，對(duì)吧？” 不，在開(kāi)環(huán)控制中運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)不需要編碼器。步進(jìn)電機(jī)是****一種使用開(kāi)環(huán)控制準(zhǔn)確、重復(fù)定位負(fù)載的無(wú)刷直流電機(jī)。其他電機(jī)需要某種類型的位置反饋。開(kāi)環(huán)控制在以下情況下效果很好：隨著時(shí)間的推移，運(yùn)動(dòng)任務(wù)是相同的。負(fù)載不變。所需的速度相對(duì)較低。未能完成運(yùn)動(dòng)任務(wù)不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重或危險(xiǎn)的機(jī)器故障。  |
