克服旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的CVD 系列 2 相雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的先進(jìn)技術(shù)輕松將振動(dòng)降至最低

理想情況下，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)在所有速度范圍內(nèi)平穩(wěn)無(wú)振動(dòng)地運(yùn)行。實(shí)際上，它們?cè)诘退佟⒅兴倩蚋咚龠\(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些振動(dòng)，從而產(chǎn)生不需要的噪音。這種振動(dòng)稱為“旋轉(zhuǎn)振動(dòng)”，開(kāi)發(fā)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)抑制系統(tǒng)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。為了克服這個(gè)問(wèn)題，通常將步進(jìn)電機(jī)細(xì)分為許多更小的步進(jìn)。然而，以今天的技術(shù)，單靠微步進(jìn)是不夠的。并非所有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或芯片都以相同的方式管理旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。本技術(shù)論文將解釋 CVD 系列 2 相雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

電流控制的改進(jìn)
· 采用最新的微處理器技術(shù)和先進(jìn)的算法，采用單相電流檢測(cè)方法

控制電機(jī)意味著控制流過(guò)電機(jī)繞組的電流。如果可以控制流過(guò)電機(jī)繞組的電流，則可以更平穩(wěn)地運(yùn)行電機(jī)。為此，檢測(cè)電機(jī)繞組電流的方式變得很重要。

從歷史上看，5 相步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一是電路使用全相電流檢測(cè)方法，可同時(shí)檢測(cè)連接到電機(jī)的所有 5 根電機(jī)電纜（電線）的電流。由于該方法只需要一個(gè)檢測(cè)電路，電路簡(jiǎn)單。但是，這種方法無(wú)法檢測(cè)到?jīng)]有經(jīng)過(guò)檢測(cè)電路的回流電流。因此，電流控制變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致額外的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)步驟來(lái)控制振動(dòng)。

Oriental Motor 的 CVD 驅(qū)動(dòng)器使用單相電流檢測(cè)方法來(lái)改進(jìn)電流控制，該方法使用最新的微處理器分別檢測(cè) 5 種不同的電流，或者在 2 相 CVD 驅(qū)動(dòng)器的情況下，4 種不同的電流控制（參見(jiàn)圖 1）技術(shù)與先進(jìn)的算法編程。

帶電流校正的最大扭矩
· 利用電機(jī)的電磁電流特性，最大化電機(jī)扭矩輸出

在電機(jī)繞組電流與比例扭矩輸出匹配的范圍內(nèi)，電機(jī)輸出扭矩與電流成正比。隨著電流變大，即超過(guò)額定電流加在繞組上，由于磁通的電樞反應(yīng)引起的磁飽和現(xiàn)象，電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系逐漸偏離其正比關(guān)系（見(jiàn)圖2). 為了提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，需要有效利用比例關(guān)系發(fā)生偏離的范圍。

Advanced Microstepping
· Smooth Drive，使用最新的微處理器允許在所有速度范圍內(nèi)進(jìn)行微步進(jìn)

由于步進(jìn)電機(jī)在每個(gè)步進(jìn)角運(yùn)行和停止，因此它們能夠進(jìn)行高精度的位置控制。但是，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)基本步距角，轉(zhuǎn)子的速度就會(huì)發(fā)生變化，這可能會(huì)成為振動(dòng)或噪音的原因。已實(shí)施微步來(lái)抑制這種類型的振動(dòng)。微步進(jìn)是一種通過(guò)控制流過(guò)電機(jī)繞組的電流來(lái)劃分電機(jī)基本步距角的技術(shù)。通過(guò)減小步距角，向前移動(dòng)一步時(shí)的速度變化最小，從而可以實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)。

除了微步之外，CVD 還提供最先進(jìn)的微步功能 Smooth Drive 技術(shù)，無(wú)需增加發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器的脈沖。帶有 Smooth Drive ON 功能的 CVD 自動(dòng)微步，電機(jī)每整步 (1.8°) 最多可微步 2048 步 (0.0008°)。大多數(shù)微步驅(qū)動(dòng)器提供高達(dá)每轉(zhuǎn) 51,200 微步 (0.007°) 的分辨率。啟用 Smooth Drive 后，這會(huì)顯著提高所有速度范圍內(nèi)的整體性能，而不僅僅是較低的速度范圍（圖 3），從而大大減少可能導(dǎo)致步進(jìn)錯(cuò)誤的振動(dòng)。這允許更寬的電機(jī)速度設(shè)計(jì)窗口到性能結(jié)果。

最小化扭矩紋波
· 校正提供給電機(jī)的正弦電流

改變勵(lì)磁相位時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)稱為轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。理論上，通過(guò)將各相產(chǎn)生的扭矩改變?yōu)檎也ǎ粫?huì)產(chǎn)生扭矩波動(dòng)。如果電機(jī)電流與產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩呈線性關(guān)系，則通過(guò)將各相電流變?yōu)檎也ň筒粫?huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是，電機(jī)電流和產(chǎn)生的扭矩之間的關(guān)系不是線性形式。因此，當(dāng)將各相電流改變?yōu)檎也〞r(shí)，電流值較大的地方會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)矩畸變，從而引起振動(dòng)。簡(jiǎn)而言之，同時(shí)處理高輸出扭矩和低振動(dòng)需要額外的控制機(jī)制。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，CVD 驅(qū)動(dòng)器適當(dāng)?shù)匦Ｕ峁┙o電機(jī)的正弦電流的相位。這產(chǎn)生了校正電流-扭矩特性失真的效果，從而能夠同時(shí)處理低振動(dòng)和高輸出扭矩。此外，這還提高了停止位置的準(zhǔn)確性。

圖 4 顯示了通過(guò)相位校正改善了多少旋轉(zhuǎn)振動(dòng)特性。激活相位校正可顯著改善振動(dòng)的峰值。

相位修正的最佳值根據(jù)電動(dòng)機(jī)的磁特性而變化。為此，為每個(gè)與電機(jī)組合的驅(qū)動(dòng)器設(shè)置最佳校正量。

考慮到電機(jī)的磁特性，進(jìn)行電流控制，同時(shí)發(fā)揮高性能——這是同時(shí)開(kāi)發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的Oriental Motor的優(yōu)勢(shì)之一。

審核編輯：湯梓紅