高速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是在電子設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的更簡(jiǎn)單的電機(jī)之一，其中需要精確度和可重復(fù)性。不幸的是，步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)提出了相當(dāng)?shù)偷乃俣认拗?，遠(yuǎn)低于電子設(shè)備驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度。當(dāng)需要步進(jìn)電機(jī)的高速運(yùn)行時(shí)，隨著許多因素開(kāi)始發(fā)揮作用，實(shí)施的難度增加。

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)時(shí)，有幾個(gè)因素成為重要的設(shè)計(jì)和實(shí)施挑戰(zhàn)。像許多組件一樣，步進(jìn)電機(jī)的真實(shí)行為并不理想，與理論相去甚遠(yuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的最大速度會(huì)因制造商，型號(hào)和電機(jī)的電感而異，速度可達(dá)1000-3000 RPM（對(duì)于更高的速度，伺服電機(jī)是更好的選擇）。影響步進(jìn)電機(jī)高速行駛的主要因素是：

任何移動(dòng)物體都具有慣性，該慣性抵抗物體加速度的變化。在低速應(yīng)用中，可以以所需的速度開(kāi)始驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)而不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何一個(gè)步驟。然而，試圖立即高速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)上的負(fù)載是跳過(guò)步驟和失去位置的好方法。除了慣性效應(yīng)很小的非常輕的負(fù)載外，步進(jìn)電機(jī)必須從低速到高速上升，以保持位置和精度。先進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)控制包括加速度限制和補(bǔ)償慣性的策略。

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩對(duì)于每個(gè)運(yùn)行速度都不相同，但隨著步進(jìn)速度的增加而下降。其原因在于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行原理。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在電機(jī)的線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)，以產(chǎn)生邁出一步的力。磁場(chǎng)達(dá)到最大強(qiáng)度所需的時(shí)間取決于線圈的電感，驅(qū)動(dòng)電壓和電流限制。隨著驅(qū)動(dòng)速度的增加，線圈保持其全強(qiáng)度的時(shí)間縮短，電機(jī)可產(chǎn)生的扭矩下降。

為了最大化步進(jìn)電機(jī)的力，驅(qū)動(dòng)信號(hào)電流必須達(dá)到最大驅(qū)動(dòng)電流，而在高速應(yīng)用中，必須盡快完成。使用更高電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)有助于提高高速時(shí)的扭矩，這些扭矩會(huì)自動(dòng)應(yīng)用于恒流步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器解決方案中。

電機(jī)的理想概念允許它以任何速度驅(qū)動(dòng)，隨著速度的增加，扭矩的減小更為嚴(yán)重。不幸的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通常具有死區(qū)，其中電動(dòng)機(jī)不能以給定速度驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這是由于系統(tǒng)中的共振，并且因產(chǎn)品和設(shè)計(jì)而異。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，所有機(jī)械系統(tǒng)都會(huì)受到共振。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率與系統(tǒng)的固有頻率匹配時(shí)發(fā)生共振，并且添加到系統(tǒng)的能量?jī)A向于增加其振動(dòng)和扭矩?fù)p失而不是其速度。在過(guò)度振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題的應(yīng)用中，找到并跳過(guò)共振步進(jìn)電機(jī)的速度尤為重要。即使是可以承受振動(dòng)的應(yīng)用也應(yīng)盡可能避免共振，因?yàn)樗鼤?huì)顯著降低系統(tǒng)的壽命。

步進(jìn)電機(jī)有一些可用的驅(qū)動(dòng)策略，包括微步進(jìn)，允許電機(jī)進(jìn)行小于全步。這些微步驟的精度降低，但它們確實(shí)使步進(jìn)電機(jī)在較低速度下運(yùn)行更安靜。步進(jìn)電機(jī)只能如此快速地驅(qū)動(dòng)，并且電機(jī)在微步或全步中看不到差異。對(duì)于全速運(yùn)行，通常需要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)全步。但是，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)加速曲線的微步進(jìn)可以顯著降低系統(tǒng)中的噪音和振動(dòng)。