Высокая популярность шаговых двигателей объясняется массой преимуществ, свойственным электродвигателям такого типа. Однако и они, как любые другие механизмы, не лишены некоторых недостатков, самым ощутимым из которых является подверженность шаговых двигателей явлению резонанса. Данное явление крайне негативно сказывается на точностных характеристиках механизма; в системах с низким демпфированием потеря двигателем шагов и появление повышенного уровня шума могут появляться также на частотах, близких к резонансной, а в ряде случаев функциональные проблемы проявляются ещё и на гармониках резонансной частоты.
Что такое резонанс шагового двигателя
Эффект резонанса шагового двигателя проявляется как внезапное падение момента при работе механизма на определённых скоростях, что приводит к потере синхронности и пропуску шагов. В теории эффект резонанса проявляется при совпадении частоты шагов двигателя с резонансной частотой ротора, однако на практике сбои в работе шагового двигателя происходят также при работе на частотах, близким к резонансным. Различают два типа резонанса шагового двигателя.
Низкочастотный резонанс вызывает отсутствие симметричности обмоток шагового двигателя. Проявляется такой резонанс в виде повышения вибрации при работе электродвигателя на пониженных скоростях. Основным путём исправления проблемы в таком случае является подстройка фазных токов до выравнивания симметрии обмоток.
Среднечастотный резонанс шагового двигателя проявляется, соответственно, при работе на средних скоростях и выражается в виде гула. При этом частота, на которой происходит возникновение явления резонанса, а также его сила напрямую зависят от параметров конкретного устройства и нагрузки на механизм.
Следует отметить, что любой тип резонанса является причиной потери двигателем момента: на частоте резонанса он равен нулю, при этом прохождение электродвигателем резонансной частоты при разгоне невозможно без принятия специальных мер.
Как бороться с резонансом шагового двигателя
Существуют различные методы борьбы с резонансом ШД. Довольно эффективными, однако применимыми не для всех ситуаций, являются такие способы, как:
- эластичные муфты. Метод основан на выполнении механических муфт связи с нагрузкой из эластичных материалов, благодаря которым энергия резонансной системы поглощается, паразитные колебания затухают;
- вязкое трение. Суть данного метода борьбы с резонансом ШД заключается в применении специального демпфера. В полом цилиндре такого демпфера находится особая вязкая смазка, в которой совершает вращения металлический диск. При работе такой системы с ускорением, вязкое трение оказывает влияние на диск, что способствует эффективному демпфированию системы;
- электрический метод. Способ основан на электродвижущей силе, возникающей в обмотках статора при колебании ротора. Демпфировать резонанс можно, закоротив не использующиеся при данном шаге обмотки.
Наиболее же эффективными способами борьбы с резонансом шагового двигателя, доступными для широкого использования, являются:
- микрошаговый режим. Увеличение деления шага электродвигателя способствует снижению резонанса. Это объясняется тем, что после совершения подачи тока на обмотку ротор, прежде чем остановиться в итоговом положении, совершает колебания, причём сила этих колебаний прямо пропорциональна инерции ротора. Поскольку в режиме микрошага совершаются более мелкие перемещения, разгон и остановка ротора совершаются быстрее, благодаря чему негативные последствия резонанса значительно сокращаются.
- использование драйвера с функцией подавления резонанса. Многие современные драйверы шаговых двигателей, представленные в каталоге Степмотор, оснащены функцией подавления резонанса. В зависимости от модели драйвера, технически функция может быть реализована различными способами. В некоторых устройствах функцию подавления резонанса выполняет встроенный автоматический компенсатор, в других прохождение электродвигателем резонансной частоты происходит благодаря автоматическому переключению на другой режим работы ШД при её достижении.
При этом следует отметить, что само по себе явление резонанса является естественным для шагового двигателя и связано с его конструктивными особенностями, поэтому способа избавиться от резонанса ШД попросту не существуют. Все перечисленные методы направлены на подавление резонанса и снижение (а в некоторых случаях – исключение) негативных последствий данного явления, благодаря чему работа шагового двигателя становится более стабильной и надёжной.
