電動(dòng)機噪聲的大小取決于電動(dòng)機的種類(lèi),環(huán)境條件及具體應用。永磁體電動(dòng)機和混合步進(jìn)電動(dòng)機由于其轉動(dòng)更穩定,一般比較安靜。而且變阻式步進(jìn)電動(dòng)機無(wú)論用在什么地方,噪音最大。
要了解噪音的來(lái)源,我們需要考慮旋轉運動(dòng)是如何產(chǎn)生的。步進(jìn)馬達在執行步進(jìn)動(dòng)作時(shí),并不立即停止,而是在完全停止前和后繼續輕微的前后移動(dòng)。通過(guò)在電機驅動(dòng)器中采用特定的控制邏輯,可以解決這一問(wèn)題。電動(dòng)機運轉時(shí),在電動(dòng)機完成上一步但停止前,驅動(dòng)器發(fā)出指令開(kāi)始下一步。該電機的連續、定時(shí)前進(jìn),可減少噪音和振動(dòng)。
還應注意的是,每臺步進(jìn)電動(dòng)機都有一個(gè)共振頻率,通常當電動(dòng)機以每秒150至300步的速度運行時(shí),共振會(huì )發(fā)生。很多設計者為了盡量減少噪音和振動(dòng),往往會(huì )避開(kāi)這個(gè)頻率范圍。但是插上適當設計調整尺寸的減速器也能降低振動(dòng)。也有一個(gè)傳統的解決辦法,在曲軸上安裝后置式減振器,同樣可以降低振動(dòng)。
降低噪音技術(shù)
大部分
步進(jìn)電機是通過(guò)脈寬調制(PWM)信號來(lái)控制的,它通過(guò)連續地強制H橋在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下切換,來(lái)調節饋入電機的電流。在此基礎上設計的驅動(dòng)電路一般稱(chēng)為斬波器驅動(dòng)電路,因為它可以隨PWM波形的變化而改變輸出電壓,從而給電機繞組提供恒定電流。
相反,L/R技術(shù)的設計目的是保持對線(xiàn)圈施加的電壓不變,而電流斬波的優(yōu)點(diǎn)是,它是一種非常有效、緊湊和經(jīng)濟的解決方案,只產(chǎn)生少量的熱量。
值得注意的是,對步進(jìn)電機的調制信號會(huì )產(chǎn)生音頻信號,PWM頻率在音頻頻帶中下降更嚴重。即使步進(jìn)電動(dòng)機停止運行或保持在一定的位置,它的噪音產(chǎn)生的機理也很容易通過(guò)實(shí)驗來(lái)驗證。這主要是在開(kāi)關(guān)頻率低于20kHz的情況下發(fā)生的。所以,降低噪聲的第一個(gè)辦法就是提高開(kāi)關(guān)頻率,這不難理解。大部分斬波器驅動(dòng)器可以通過(guò)改變外部電阻或電容的值來(lái)提高開(kāi)關(guān)頻率。目標是改變電流調節用的PWM信號在關(guān)閉狀態(tài)的持續時(shí)間,關(guān)閉時(shí)間越短,開(kāi)關(guān)頻率越高。
但頻率不能太高,因為超過(guò)一定限度,開(kāi)關(guān)損耗會(huì )增大。更合適的開(kāi)關(guān)頻率在30~50kHz之間。若仍不能,則可降低施加于馬達繞組的電流。事實(shí)上,更小的電流意味著(zhù)振動(dòng)更小,當然噪音也會(huì )隨之減少。
然而,這種方法有副作用,即可以減少扭矩。若轉矩過(guò)小,就會(huì )導致動(dòng)作失常。因為電動(dòng)機是開(kāi)環(huán)控制的,即使在最?lèi)毫拥墓r下,也必須給電動(dòng)機提供足夠的電流,以保證其能正常運行。一種好的折衷是降低電動(dòng)機停機時(shí)的電流。
一般情況下,電動(dòng)機維持位置所需的電流比加速或以恒定速度旋轉電動(dòng)機要小得多。在實(shí)際應用中,所有步進(jìn)電機驅動(dòng)器都可以通過(guò)改變參考電壓的方式來(lái)設定電流值。ITrip斷開(kāi)電流是RSENSE外部電阻和VREF參考電壓的函數。一旦選擇了RSENSE電阻后,設計者在運行時(shí)它的值是固定的,所以可以通過(guò)動(dòng)態(tài)改變VREF來(lái)修改ITrip。
如需進(jìn)一步降低噪聲,可采用慢衰減模式(不采用快速或混合衰減模式)運行電機。該方式最大程度地減少了驅動(dòng)電流的波動(dòng),從而減少了噪音,提高了驅動(dòng)效率。然而,慢衰減模式并不總是最好的解決方法,尤其是在采用微步技術(shù)的情況下。
步進(jìn)式驅動(dòng)器
該集成驅動(dòng)器設計用于為各種應用提供簡(jiǎn)單配置和高級控制功能。綜合編碼器使得步進(jìn)電機成為應用于同步位置的最佳選擇。只需在功率晶體管上接一個(gè)線(xiàn)圈,在控制電路上接一個(gè)晶體管,就可以驅動(dòng)步進(jìn)電機。