步进电机为自动化行业提供了一种经济高效且简单的方法，可以在各种应用中对运动进行数字控制，包括包装设备、3D 打印机、材料处理和分拣线、台式 CNC 机床等。它们是许多旋转和线性定位轴的关键部件。步进电机的性价比优势在于其简单性和在开环控制方案中准确定位的能力，无需电机向控制器提供任何反馈。要获得开环步进系统的****性能优势，需要了解如何指定步进电机并将其安装到应用程序中。以下是步进电机用户（无论是新手还是老手）都容易犯的六个常见错误。 1.“步进电机的扭矩规格比我在实践中看到的要高。” 在计算出在应用中移动负载所需的扭矩后，用户根据 (1) 步进电机的保持扭矩规格或 (2) 速度-扭矩曲线来选择步进电机。一旦安装并连接到负载上，电机就不会产生预期的扭矩量。一个错误是使用保持扭矩作为性能指标来指定步进电机。保持扭矩定义了电机在保持 位置而不移动时产生的扭矩。它通常是电机在移动时产生的扭矩的不良指标。当步进电机开始移动时，产生的扭矩会从保持扭矩值急剧下降，即使在几转之后也是如此。随着速度的增加，扭矩进一步下降。因此，不要仅根据保持扭矩来选择步进电机。第二个错误是没有理解速度-扭矩曲线的本质。速度-扭矩曲线表示步进电机失速时的扭矩。当步进电机失速时，转子与定子失去同步，轴停止转动。为确保步进电机继续转动并提供足够的扭矩来移动负载，请通过估计安全边际来评估速度-扭矩曲线。一个简单的方法是想象一条平行于速度-扭矩曲线的线，大约是公布曲线高度的 1/2 到 2/3。这条假想线表示步进电机可以可靠地产生的扭矩量，并且失速风险最小。
2.“步进电机太热了；一定有什么问题。” 步进电机设计用于热运行。步进电机中最常用的绝缘等级是 B 级，其额定工作温度高达 130°C。这意味着步进电机的表面温度在发生故障之前可以达到 90°C 或更高。这个温度比一个人在不灼伤皮肤的情况下可以触摸到的温度要高得多。因此，请将步进电机安装在远离人体接触机会高的区域。 步进电机设计用于在高温下运行，因为它们用于开环控制系统。因为开环步进电机在没有任何电流反馈（或速度或位置反馈）的情况下运行，所以无论扭矩需求如何，驱动器提供的电流都是恒定的。为了从步进电机获得****扭矩，制造商在指定它们时会考虑 B 级绝缘；因此，额定电流旨在****限度地提高扭矩输出而不会过热。最终结果是步进电机会产生很大的扭矩……但这样做也会变得很热。 3.“我可以使用 12 伏电源为步进电机和驱动器供电吗？” 对于任何类型的电机，不仅仅是步进电机，电源电压都与电机速度直接相关。随着向系统提供更高的电压，电机达到更高的速度。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、扭矩和功率。如果步进电机指定了额定电压，则通常不超过步进电机的绕组电阻乘以额定电流。这对于产生保持扭矩很有用，但在步进电机移动时几乎没有用处。与所有电动机一样，当轴开始移动时，步进电动机会产生反电动势 (BEMF) 电压，阻止电流流入绕组。为了产生可用扭矩，电源电压必须大大高于 BEMF。速度-转矩曲线中规定的电源电压是必不可少的信息。如果忽略，例如在公布的曲线使用 48V 电源时使用 12V 电源，电机将无法达到预期扭矩。 4.“我不能用几个 PLC 输出来运行这个步进电机吗？为什么需要驱动器？” 两相步进驱动器使用一组八个连接形成 H 桥的晶体管。从 PLC 输出创建等效的 H 桥将需要八个输出。一些带有六根导线的两相步进电机只需四个晶体管即可驱动。对于这些，您可以使用四个 PLC 输出来前后旋转步进电机。然而，步进驱动器的作用远不止 H 桥中的晶体管提供的简单排序。 步进驱动器使用总线电压的 PWM 开关来调节电机各相中的电流。正如前面关于电压的部分所述，电源电压必须足够高以克服 BEMF 并产生高速扭矩。具有微步功能的步进驱动器进一步改进了 PWM 开关逻辑，以根据正弦波对各相中的电流进行比例分配，从而获得比步进电机的基本步距角更精细的定位。超越最基本的步进驱动器，那些具有板载轨迹发生器的驱动器可以根据预设的加速和减速率自动提高和降低电机速度。对于有兴趣剖析步进电机工作原理的人来说，使用 PLC 输出驱动步进电机可能是一个很好的项目。对于任何严肃的运动控制项目，您都需要合适的驱动器。
5.“步进电机太吵了……肯定有问题。” 每次步进电机迈出一步，它都会在转子固定到位时产生一点点响声（想想弹簧上的经典质量）。振铃是电机的自然谐振频率，它基于电机结构。当电机步进的频率接近或等于它时，自然谐振频率被放大。当步进电机以全步序列（可用的****分辨率；等于电机的步距角）和低速（通常在每秒 1 到 5 转的范围内）驱动时，这种噪音最为明显。当用户测试步进电机时，最常出现的噪声问题是电机未安装且未连接到任何负载。在这种情况下，电机可以随心所欲地自由共振，而无需任何阻尼共振。幸运的是，一些简单的方法可以减轻共振：通过安装电机并将电机轴连接到负载，为系统添加机械阻尼。将轴与负载耦合会增加系统的惯性或摩擦力……这反过来会改变或抑制电机的自然谐振频率。通过微步减小步距角。微步时，每一步的步距角要小得多，自然共振频率被激发得更少。如果这些步骤都不起作用，请考虑使用在其当前控制逻辑中内置反谐振算法的步进驱动器。 6.“我需要一个编码器来运行步进电机，对吧？” 不，在开环控制中运行步进电机不需要编码器。步进电机是****一种使用开环控制准确、重复定位负载的无刷直流电机。其他电机需要某种类型的位置反馈。开环控制在以下情况下效果很好：随着时间的推移，运动任务是相同的。负载不变。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。  |
