Резонанс шагового двигателя - Разработка стенда управления шаговым двигателем

Шаговым двигателям свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Когда двигатель совершает шаг, ротор не сразу устанавливается в но-вую позицию, а совершает затухающие колебания. Дело в том, что систему ротор - магнитное поле - статор можно рассматривать как пружинный маятник, частота колебаний которого зависит от момента инерции ротора (плюс нагрузки) и величины магнитного поля. Эта частота зависит от угла шага и от отношения момента удержания к моменту инерции ротора. Больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Необходимо заметить, что резонансную частоту определяет момент инерции собственно ротора двигателя и момент инерции нагрузки, подклю-ченной к валу двигателя. Поэтому резонансная частота ротора ненагружен-ного двигателя, которая иногда приводится среди параметров, имеет малень-кую практическую ценность, так как любая нагрузка, подсоединенная к дви-гателю, изменит эту частоту.

На практике эффект резонанса приводит к трудностям при работе на частоте, близкой к резонансной. Момент на частоте резонанса равен нулю и без принятия специальных мер шаговый двигатель не может при разгоне пройти резонансную частоту. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода.

В системах с низким демпфированием существует опасность потери шагов или повышения шума, когда двигатель работает вблизи резонансной частоты. В некоторых случаях проблемы могут возникать и на гармониках частоты основного резонанса.

Когда используется не микрошаговый режим, основной причиной по-явления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществле-нии шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбу-ждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режи-ме, составляет около 30% от энергии полного шага. Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше. В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно.

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы. На-пример, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вязкой кремнийорганической смазкой, может вращаться металлический диск. При вращении этой системы с ускорением диск испытывает вязкое трение, что эффективно демпфирует систему.

Существуют электрические методы борьбы с резонансом. Колеблю-щийся ротор приводит к возникновению в обмотках статора ЭДС. Если зако-ротить обмотки, которые на данном шаге не используются, это приведет к демпфированию резонанса.

И, наконец, существуют методы борьбы с резонансом на уровне алго-ритма работы драйвера. Например, можно использовать тот факт, что при ра-боте с двумя включенными фазами резонансная частота примерно на 20% выше, чем с одной включенной фазой. Если резонансная частота точно из-вестна, то ее можно проходить, меняя режим работы.

Если это возможно, при старте и остановке нужно использовать часто-ты выше резонансной. Увеличение момента инерции системы ротор-нагрузка уменьшает резонансную частоту.

Самой эффективной мерой для борьбы с резонансом является приме-нение микрошагового режима, наиболее сложного, требующего специализированного фирменного драйвера.

Похожие статьи




Резонанс шагового двигателя - Разработка стенда управления шаговым двигателем

Предыдущая | Следующая