Суть явления

Резонирующая система. Ротор ШД - "груз"

Дискретность и периодичность усилий, прикладываемых к ротору шагового двигателя, порождает в шаговом двигателе явление резонанса. Суть его аналогична резонансу в любой другой системе, в т.ч. классического примера с грузом на пружине. Роль "груза" выполняет ротор, роль "пружины" - усилия магнитного поля. 
Резонанс - крайне негативное явление, возникающее на всех без исключения ШД. Эффект проявляется в виде внезапного появления гула, вибрации и падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов, потере синхронности или вообще остановке двигателя. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Виды резонанса

При вращении ШД Вы можете столкнуться с двумя типами резонанса (любой резонанс отнимает момент у ШД).

  • Низкочастотный резонанс. Проявлется в виде вибрации на низких скоростях кращения (~1 об/сек). Вызван резонанс несимметричностью токов в обмотках ШД. Современные драйверы Purelogic имеют механизм устранения низкочастотного резонанса путем выравниваем симметрии(подстройка фазных токов).
  • Среднечастотный резонанс. Проявляется в виде гула на средних скоростях вращения (6-12 об/сек). Частота, на который возникает и сила резонанса сильно зависит от параметров ШД и механической нагрузки. Собственная частота колебаний ШД зависит от момента инерции ротора (вместе с нагрузкой) и величины магнитного поля. Ввиду сложной конфигурации магнитного поля, резонансная частота ротора зависит от амплитуды колебаний. При уменьшении амплитуды частота растет - больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Типичные случаи резонанса ШД: ссылка1 ссылка1


Как правило, резонанс ослабевает с увеличением деления шага. Это связано с тем, что ротор после подачи тока в обмотку некоторое время колеблется прежде чем зафиксироваться в конечном положении, и колебания тем сильней, чем больше инерция ротора.

photo photo

Более мелкие перемещения в микрошаге не требуют длительных разгона-фиксации ротора, и позволяют быстро останавливать его между шагами, что уменьшает негативные последствия резонанса.

photo 

Видно, что в полношаговом режиме наблюдаются выбросы и колебания, в то время как в микрошаговом режиме их нет. Однако и в этом режиме график положения ротора отличается от прямой линии. Эта объясняется погрешностью геометрии деталей двигателя. Отсюда вытекает следующее правило:

Крайне не рекомендуется использовать на драйверах режим полного шага и полушага.
На этих режимах резонанс проявляется особенно сильно!


Оптимальные режимы, которые мы рекомендуем, это микрошаг 1:8, 1:16 и 1:32.

Решение

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы, например, демпфирующие элементы типа муфт, но реальный эффект дает только использование микрошага и применение драйверов с подавлением резонанса.

Большинство драйверов Purelogic имеют специально разработанную электронную схему - автоматический компенсатор среднечастотного резонанса. Компенсатор позволяет полностью исключить резонирование ШД и сделать его вращение равномерным и устойчивым во всем диапазоне частот. Компенсатор среднечастотного резонанса не требует настройки.

scroll-up