6常见步骤电机错误以避免自动化应用

这里概述的错误埃里克·米饭，国家营销总监应用运动产品，已经通过全球数千步的电机用户纠正了数千个步骤。通过呈现的解决方案避免这些错误 - 并使您的下一个应用程序成功。

步进电机为自动化行业提供了一种低成本和简单的方法，在广泛的应用中数字化控制运动，包括包装设备，3D打印机，材料处理和分拣线，台式数控机床，等等。它们是许多旋转和线性定位轴的关键部件。

步进电机的成本性能优势在他们的简单性和它们在开环控制方案中准确定位的能力，而没有从电机到控制器的任何反馈。获得开环步进系统的最佳性能优势需要了解如何将步进电机指定和安装到应用程序中。以下是六个常见的错误，即步骤和经验，可以轻松避免电机用户。

1.“电机的扭矩比我实际看到的要高。”

在计算应用中移动负载所需的扭矩之后，用户基于（1）电动机的保持扭矩规格或（2）速度扭矩曲线选择步进电动机。一旦安装并连接到负载，电机就不会产生预期的扭矩量。

第一个错误是使用保持力矩作为性能的衡量来指定步进电机。保持扭矩定义了电机在什么时候产生的扭矩维持一个位置而不是移动。通常是电动机在移动时产生的扭矩的差的指示灯。

当步进电机开始运动时，产生的扭矩从保持扭矩值急剧下降，甚至在几转之后。随着速度的增加，扭矩进一步下降。因此，不要只根据保持扭矩来选择电机。相反，请参阅已公布的速度-扭矩曲线。

第二个错误未能理解速度扭矩曲线的性质。速度扭矩曲线表示阶梯电机停滞的扭矩。当电动机档位时，转子会与定子失去同步，并且轴停止转动。

为了确保步进电机继续转动并提供足够的扭矩以移动负载，通过估计安全裕度来评估速度扭矩曲线。这样做的简单方法是想象一个平行于速度扭矩曲线的线，大约为发布曲线的高度为1/2到2/3。该假想线表示步进电机可以可靠地产生的扭矩，以最小的停滞风险。看图1下面是更多相关内容。

2.'步进电机太热;它必须有问题。

步进电机被设计成热运转。步进电机最常用的绝缘等级是B级，额定工作温度可达130°C。这意味着步进电机的表面温度可达90°C或更高。这个温度比一个人在不烫伤皮肤的情况下触摸到的温度要高得多。因此，将发动机安装在远离人类接触机率高的地方。

由于它们在开环控制系统中使用，步长电机设计用于高温。由于开环步进电机在没有任何电流反馈（或速度或位置反馈）的情况下操作，因为无论扭矩需求如何，驱动器提供的电流都是恒定的。

为了获得阶梯电机最大的扭矩，制造商用B类的B类别指定了它们;因此，电流额定值设计为最大化扭矩输出而不会过热。最终结果是，阶梯电机产生了大量的扭矩......但它们也很热。

3.“我可以使用12V电源来驱动我的电机吗?””

对于任何类型的电动机，不仅仅是阶梯电机，电源电压与电机速度直接相关。随着向系统提供更高电压，电动机达到更高的速度。为伺服和直流电机指定的额定电源电压对应于其他额定规格，包括速度，扭矩和电源。

如果具有额定电压的步进电机，则通常不超过电机的额定电流的电阻倍数。这对于生产扭矩来说是有用的，但在步进电机移动时非常少使用。

与所有电动机一样，当轴开始移动时，阶梯电机产生后部的EMF（BEMF）电压，该电压阻碍流入绕组的电流。为了产生可用的扭矩，电源电压必须大于BEMF。由于不存在简单的规则来指定电源电压的高度，因此用户应检查给定步长电机，驱动器和电源组合的发布的速度扭矩曲线。

速度扭矩曲线中指定的电源电压是基本信息。如果忽略，请在发布的曲线使用48V电源时使用12V电源，电机不会达到预期的扭矩。看图2在下面。

4.我不能用几个PLC输出来运行这个步进电机吗?为什么需要驱动?”

两相步进驱动器使用一组连接的八个晶体管形成H形桥。从PLC输出创建等效H桥将需要八个输出。具有六根铅导线的一些两相步骤电机被驱动，只有四个晶体管。为此，您可以使用四个PLC输出向前和向后旋转步进电机。然而，步进驱动器不仅仅是简单地序列H桥中的晶体管。

步进器驱动使用总线电压的PWM切换调节电机的每个阶段中的电流。如上所述在上一节关于电压，电源电压必须足够高以克服BEMF并以速度产生扭矩。

步进随着MicroStepping功能的步进驱动器进一步优化了PWM切换逻辑，根据正弦波比比较每相中的电流比比率比步进电机的基本步进角度更精细定位。超越最基本的步进驱动器，那些在船上有轨迹发生器的那些可以根据预设的加速和减速速率自动升高电机加速。

使用PLC输出驱动步进电机可能是一个有兴趣解剖步骤电机工作的人的简洁项目。对于任何严重的运动控制项目，您将想要一个适当的驱动器。

5.“马达噪音这么大……一定是出了什么毛病。”

每当步进电机迈出一步时，当转子就位时(想想弹簧上的经典质量)，它就会产生一点清脆的噪音。振铃是电机的自然共振频率，这是基于电机的结构。当电机步进频率接近或等于固有谐振频率时，固有谐振频率被放大。

当步进电机以全步顺序驱动时(可用的最低分辨率;等于电机的步进角)，低速时，通常在每秒1至5转的范围内。

当用户第一次使用电机卸载和向任何负载耦合到任何负载时，噪声最常出现噪声问题。在这种情况下，电机可以自由地谐振，因为它喜欢抑制共振的任何东西。

幸运的是，一些简单的步骤可以减轻谐振：

• 通过将电动机安装并将电动机轴连接到负载，将机械阻尼添加到系统上。将轴连接到载荷增加了系统的惯性或摩擦力......反过来改变或阻尼电机的自然谐振频率。
• 用微型电动压缩减小阶梯角。当微量脚下时，每个步骤的步进角度要小得多，并且自然谐振频率较小。

如果这些步骤都不有效，请考虑使用内置于其当前控制逻辑的防谐振算法的步进驱动器。

6.'我需要一个编码器来运行一步电机，对吧？“

不，不需要编码器在开环控制中运行步进电机。步进电机是唯一的无刷直流电动机的唯一无刷直流电机，可以使用开环控制准确地且重复定位负载。其他电机需要某种类型的位置反馈。开环控制效果很好：

• 动作任务随着时间的推移是相同的。
• 负载不会改变。
• 所需的速度相对较低。
• 未能完成运动任务不会导致严重或危险的机器故障。

如果应用程序不符合规定的标准，请考虑将反馈引入系统以允许某种级别的闭环控制。将编码器添加到步进电机系统提供的优势范围从基本功能的基本功能范围内，而是具有微妙的，有效的改进，可以将步进电机作为伺服控制系统的一部分运行的完全闭环控制。有关他们提供的反馈范围和闭环控制选项的信息，请与您的阶梯电机和驱动器供应商联系。

编辑注意：本文最初是跑设计世界的兄弟站点机器人报告。