如何通过电气的方法消除步进电机的噪音和震动问题？

谐振发生在电机的特定运行速度下，避免在该谐振频率下换向是消除该问题的最简单方法。在某些应用中，这种方法是不可行的，但如果可以，避免共振速度也会对性能产生积极影响。另一种减少振荡的技术是在较小的步距上进行微步进。步进电机中的线圈通电，导致电机因磁通快速变化而超出其位置。微步进通过降低线圈的励磁能量，使定子磁通更平稳地移动，这种能量减少的结果是降低振动和噪音，消除共振，微步进也是工程师提高步进电机分辨率时使用的主要策略。

对于低速应用，无论是医疗配药设备还是机器人运动，可以通过减少输入电流来实现平稳操作。通过向电机提供较低的电流，可以产生较小的转矩，这也会降低转矩刚度（dτ/dθ），移动转子产生的能量较少。确保在使用这种技术时有足够的扭矩裕度，这样就不会给设计带来其他挑战。

电气减震方法

当电机运行时，谐振会使交流电流流入电机绕组，该感应电流将干扰通过电机绕组的直流电流。通过简单地增加电感，电机绕组可以抵消谐振或降低谐振频率。通常，快速电流衰减将有助于减少振动和共振。当驱动器切换电流方向时，电流以瞬态方式衰减，导致剩余电流干扰设置到另一个方向的电流。缓慢的电流衰减时间将导致转矩脉动增加，从而增加振动。快速电流衰减时间将消除电机驱动器发送的两个电流信号之间的干扰，并减少电机运行期间的振动（见图1）。

实现R

绕组的两相通电：

当使用混合式步进电机时，定子使用两相运行，其中绕组线圈彼此相距90°。对于传统的步进电机绕组，每一步的相位角增量为45°：0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。当两相相距45°时，A相和B相都接通，当两个相位相距90°时，只有一个相位接通。

由于单相接通模式和两相接通模式的电流分布不同，两种模式的稳定时间也不同，由于每个步骤的沉降时间不均匀，可能会发生共振。

R绕组电机每极有两个线圈，每个线圈的匝数不同，这两组导线彼此串联缠绕，但第一个线圈的端部连接到第二个线圈的端部，这种设计允许电机相位移动22.5度，从而降低电机噪音和

振动

。

R型绕组的绕组设置（取自专利US69930)

R绕组通过在 22.5°、67.5°、112.5°、157.5°、202.5°、247.5°、292.5°、337.5°处放置一个新的相位角来消除单相接通位置。由于始终有两个相位，驱动器不会只向一个相位提供100%的电流。开启两个相位可以使每个步骤的稳定时间相同，从而减少共振。

实现T形连接：T形接头迫使电机始终保持两相接通，T型连接的结果与R型绕组类似：两个相位都接通可以降低振动的可能性。此外，T型连接的电感水平介于串联和并联之间。这意味着T型连接可以在串联和并联之间提供性能水平，与并联连接相比，在低速时提供更高的扭矩，与串联连接相比，在高速运行时提供更高的扭矩输出。

一般来说，增加相位数也可以减少共振，与微步进类似，相位更多的电机的步进角更小，相位更多的电机将减少旋转转子所需的励磁能量，随着激发能量的降低，共振被消除。这样一来，一个两相电动机将有8个磁极，而一个五相电动机将有10个磁极。五相电机每相设计有两个电极，因此转子将移动1/10的齿距，以与下一相对齐。因此，五相电机每转500步，每步0.72°，这种更高的旋转分辨率需要更少的激励能量来旋转转子。因此，转子的超调量较小，如果实施微步进，五相电机将以更高的分辨率运行，振动将大大降低。

结论

步进电机的设计允许转子移动到一个合适的位置，但转子惯性使电机每一步都能稍微超出其目标，这会导致电机在到达目标点之前发生振荡，电机的连续运动会使这些振荡产生一个频率。当频率与电机的固有频率相匹配时，这种振荡就会共振并产生噪音。如果这种共振超过了定子和转子之间的磁场，电机可能会失去同步。步进电机的振动影响电机性能和电机寿命，每台电机都有一个谐振点，从一开始就消除电机振动的可能解决方案很重要。