步进电机噪声和共振：如何减少两者？

步进电机具有结构简单、易于控制、安全性高、成本低、转矩高等优点，作为一种高性能的数字化电气元件，广泛应用于各种类型的开环控制系统中。然而，步进电机有一个缺点，在简单的开环设计中，它可以在低速产生噪声。噪声和共振主要来源于驱动电路和机械结构的共振，下面一些很好的解决方案来减少这两者。

噪声可能是任何电气设备的问题，从变压器到直流电机，工业界一直在寻找经济的方法来降低发出声噪声并提高电气设备的感知质量水平。到目前为止，还没有任何关于可能的方法的文献，分析和消除小型电动机的振动和噪声。市场上一般驱动电路产生振动噪声的原因：定子电流的高次谐波含量，不平衡两相电流，特别是恒压驱动法，电源电压波动，励磁电流波形。

电机的噪声源- 结构设计

噪音的消除首先识别噪音的来源，例如结构设计、电子逆变器的设计、各种合适零件及材料的选择以及组装过程，选择吸收噪音的材料像垫圈、衬垫、约束层的材料，电机外壳采用噪音吸收罩，隔断和绝缘声音的传播。合理的电机的机构设计，如径向不对称设置导致的不平衡力，定子槽和线圈–槽/极组合的正确选择，将有助于减少不平衡的磁拉力、扭矩脉动、齿槽转矩。

智能控制驱动器消除高次谐波噪音

产生噪声的主要原因是高次谐波，步进电机由方波电流驱动，方波电流必须含有大量高次谐波，从而产生振动和噪声。结合先进的数字信号处理智能控制技术，选用性价比高的分数阶驱动器，实现步进电机系统谐振点的自动计算和控制算法的调整，达到抑制谐振的目的。该技术极大地提高了中频频率的稳定性，使其能够在高速下输出更大的转矩。通过对低速转矩脉动的分析，可以补偿相应的谐波分量，以获得平稳的低速运动及减小振动。

消除谐振点

每台步进电机都有一个谐振点，于电机所采取的每一步，旋转部分或转子在停止前围绕新位置振荡。电机振荡的时间称为它的稳定时间，振荡频率与电机每一步的共振频率相匹配，其结果是一个马达振动并有抖动。为了平稳运行，工程师们试图设计出共振频率高于或低于运行范围的电机，大多数故障排除指南建议修改几个因素以适合应用程序。例如，提高或降低工作电压或电流，增加惯性负载，或使用更高的阶跃分辨率，可以改变电机的谐振频率。

减震器

在不影响整体设计的情况下，可能无法改变足够的操作参数来提高性能，在这种情况下，最好使用减震器。利用阻尼器来降低阶跃电机系统的共振，降低噪声，提高系统的响应时间。它们安装在电机和机器之间，通过吸能橡胶吸收冲击来减少冲击脉冲，并在共振中耗散动能。这可以极大地提高系统稳定性，消除噪音，允许在低速下更平滑的运动，并在高速下提供更大的扭矩利用率。在进行快速的点对点移动时，阻尼器可以增强系统的瞬态响应，缩短沉降时间，提高了控制精度。

结论

电机和其他设备的制造商越来越多需要具有广泛的处理噪声的能力，成功竞争激烈的市场将越来越依赖于这种声学知识。