步進電機為自動化行業提供了一種經濟高效且簡單的方法，可以在各種應用中對運動進行數字控制，包括包裝設備、3D 打印機、材料處理和分揀線、臺式 CNC 機床等。它們是許多旋轉和線性定位軸的關鍵部件。步進電機的性價比優勢在于其簡單性和在開環控制方案中準確定位的能力，無需電機向控制器提供任何反饋。要獲得開環步進系統的****性能優勢，需要了解如何指定步進電機并將其安裝到應用程序中。以下是步進電機用戶（無論是新手還是老手）都容易犯的六個常見錯誤。 1.“步進電機的扭矩規格比我在實踐中看到的要高。” 在計算出在應用中移動負載所需的扭矩后，用戶根據 (1) 步進電機的保持扭矩規格或 (2) 速度-扭矩曲線來選擇步進電機。一旦安裝并連接到負載上，電機就不會產生預期的扭矩量。一個錯誤是使用保持扭矩作為性能指標來指定步進電機。保持扭矩定義了電機在保持 位置而不移動時產生的扭矩。它通常是電機在移動時產生的扭矩的不良指標。當步進電機開始移動時，產生的扭矩會從保持扭矩值急劇下降，即使在幾轉之后也是如此。隨著速度的增加，扭矩進一步下降。因此，不要僅根據保持扭矩來選擇步進電機。第二個錯誤是沒有理解速度-扭矩曲線的本質。速度-扭矩曲線表示步進電機失速時的扭矩。當步進電機失速時，轉子與定子失去同步，軸停止轉動。為確保步進電機繼續轉動并提供足夠的扭矩來移動負載，請通過估計安全邊際來評估速度-扭矩曲線。一個簡單的方法是想象一條平行于速度-扭矩曲線的線，大約是公布曲線高度的 1/2 到 2/3。這條假想線表示步進電機可以可靠地產生的扭矩量，并且失速風險最小。
2.“步進電機太熱了；一定有什么問題。” 步進電機設計用于熱運行。步進電機中最常用的絕緣等級是 B 級，其額定工作溫度高達 130°C。這意味著步進電機的表面溫度在發生故障之前可以達到 90°C 或更高。這個溫度比一個人在不灼傷皮膚的情況下可以觸摸到的溫度要高得多。因此，請將步進電機安裝在遠離人體接觸機會高的區域。 步進電機設計用于在高溫下運行，因為它們用于開環控制系統。因為開環步進電機在沒有任何電流反饋（或速度或位置反饋）的情況下運行，所以無論扭矩需求如何，驅動器提供的電流都是恒定的。為了從步進電機獲得****扭矩，制造商在指定它們時會考慮 B 級絕緣；因此，額定電流旨在****限度地提高扭矩輸出而不會過熱。最終結果是步進電機會產生很大的扭矩……但這樣做也會變得很熱。 3.“我可以使用 12 伏電源為步進電機和驅動器供電嗎？” 對于任何類型的電機，不僅僅是步進電機，電源電壓都與電機速度直接相關。隨著向系統提供更高的電壓，電機達到更高的速度。為伺服和直流電機指定的額定電源電壓對應于其他額定規格，包括速度、扭矩和功率。如果步進電機指定了額定電壓，則通常不超過步進電機的繞組電阻乘以額定電流。這對于產生保持扭矩很有用，但在步進電機移動時幾乎沒有用處。與所有電動機一樣，當軸開始移動時，步進電動機會產生反電動勢 (BEMF) 電壓，阻止電流流入繞組。為了產生可用扭矩，電源電壓必須大大高于 BEMF。速度-轉矩曲線中規定的電源電壓是必不可少的信息。如果忽略，例如在公布的曲線使用 48V 電源時使用 12V 電源，電機將無法達到預期扭矩。 4.“我不能用幾個 PLC 輸出來運行這個步進電機嗎？為什么需要驅動器？” 兩相步進驅動器使用一組八個連接形成 H 橋的晶體管。從 PLC 輸出創建等效的 H 橋將需要八個輸出。一些帶有六根導線的兩相步進電機只需四個晶體管即可驅動。對于這些，您可以使用四個 PLC 輸出來前后旋轉步進電機。然而，步進驅動器的作用遠不止 H 橋中的晶體管提供的簡單排序。 步進驅動器使用總線電壓的 PWM 開關來調節電機各相中的電流。正如前面關于電壓的部分所述，電源電壓必須足夠高以克服 BEMF 并產生高速扭矩。具有微步功能的步進驅動器進一步改進了 PWM 開關邏輯，以根據正弦波對各相中的電流進行比例分配，從而獲得比步進電機的基本步距角更精細的定位。超越最基本的步進驅動器，那些具有板載軌跡發生器的驅動器可以根據預設的加速和減速率自動提高和降低電機速度。對于有興趣剖析步進電機工作原理的人來說，使用 PLC 輸出驅動步進電機可能是一個很好的項目。對于任何嚴肅的運動控制項目，您都需要合適的驅動器。
5.“步進電機太吵了……肯定有問題。” 每次步進電機邁出一步，它都會在轉子固定到位時產生一點點響聲（想想彈簧上的經典質量）。振鈴是電機的自然諧振頻率，它基于電機結構。當電機步進的頻率接近或等于它時，自然諧振頻率被放大。當步進電機以全步序列（可用的****分辨率；等于電機的步距角）和低速（通常在每秒 1 到 5 轉的范圍內）驅動時，這種噪音最為明顯。當用戶測試步進電機時，最常出現的噪聲問題是電機未安裝且未連接到任何負載。在這種情況下，電機可以隨心所欲地自由共振，而無需任何阻尼共振。幸運的是，一些簡單的方法可以減輕共振：通過安裝電機并將電機軸連接到負載，為系統添加機械阻尼。將軸與負載耦合會增加系統的慣性或摩擦力……這反過來會改變或抑制電機的自然諧振頻率。通過微步減小步距角。微步時，每一步的步距角要小得多，自然共振頻率被激發得更少。如果這些步驟都不起作用，請考慮使用在其當前控制邏輯中內置反諧振算法的步進驅動器。 6.“我需要一個編碼器來運行步進電機，對吧？” 不，在開環控制中運行步進電機不需要編碼器。步進電機是****一種使用開環控制準確、重復定位負載的無刷直流電機。其他電機需要某種類型的位置反饋。開環控制在以下情況下效果很好：隨著時間的推移，運動任務是相同的。負載不變。所需的速度相對較低。未能完成運動任務不會導致嚴重或危險的機器故障。  |
