這個(gè)由兩部分組成的系列文章的第一部分重點(diǎn)介紹了有刷直流電機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試?，F(xiàn)在，第二部分將分享一些關(guān)于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的技巧，并根據(jù)作者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)提供一般的臺(tái)架測(cè)試建議。

讓我們從設(shè)置用于步進(jìn)測(cè)試的工作臺(tái)開(kāi)始。

1.用于步進(jìn)測(cè)試的設(shè)置工作臺(tái)

本系列文章的第一部分建議在為有刷直流電機(jī)設(shè)置臺(tái)架測(cè)試設(shè)備時(shí)采取兩種操作。同樣的建議也適用于步進(jìn)電機(jī)。

• 獲取電流探頭。正如我們將在本文后面討論的那樣，使用電流探頭可以幫助調(diào)試步進(jìn)電機(jī)中的可聽(tīng)噪聲源。切記消磁并將探頭歸零，以確保正確的電流測(cè)量。
• 使用可以提供足夠電流的臺(tái)式電源。當(dāng)試圖驅(qū)動(dòng)大電機(jī)電流時(shí)，工作臺(tái)電源上的電流限制可能會(huì)箝位供電軌電壓。確保選擇電源，并將電流限制設(shè)置為足夠高的受測(cè)電機(jī)。

2.在沒(méi)有數(shù)字萬(wàn)用表的情況下識(shí)別步進(jìn)相位

這個(gè)提示來(lái)自我們現(xiàn)在已經(jīng)退休的同事里克·鄧肯。他是調(diào)試電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的天才，他在本文中教了我們?cè)S多概念。

在雙極步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器上運(yùn)行快速測(cè)試時(shí)，假設(shè)您在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隨機(jī)步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)數(shù)據(jù)表可能不可用，并且電機(jī)引線(xiàn)可能未標(biāo)記。使用數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）測(cè)量電阻或檢查連續(xù)性是識(shí)別哪些端子屬于同一相位繞組的一種方法。

然而，使用鄧肯的捷徑，短線(xiàn)屬于同相位繞組的兩個(gè)步進(jìn)引線(xiàn)將使轉(zhuǎn)子難以用手旋轉(zhuǎn)。在圖1中，合著者Lockridge用左手短路紅色和藍(lán)色電線(xiàn)，同時(shí)用右手旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。如果屬于不同相位繞組的兩根引線(xiàn)短接在一起，則當(dāng)引線(xiàn)不短路時(shí)，電機(jī)將同樣容易旋轉(zhuǎn)。

圖1.步進(jìn)電機(jī)用于相位繞組識(shí)別

表1總結(jié)了每個(gè)電機(jī)引線(xiàn)短路組合的此過(guò)程的結(jié)果

表1.測(cè)試矩陣比較了鄧肯使用DMM測(cè)量的技巧

通過(guò)檢查哪些短路導(dǎo)線(xiàn)的組合使電機(jī)難以旋轉(zhuǎn)，您可以在沒(méi)有DMM的情況下識(shí)別相位繞組。在這種情況下，紅色和藍(lán)色導(dǎo)線(xiàn)屬于一個(gè)相，綠色和黑色導(dǎo)線(xiàn)屬于另一個(gè)相位。

這個(gè)技巧也很好地演示了兩個(gè)有趣的概念：楞次定律和止動(dòng)扭矩。當(dāng)相位繞組的端子短路時(shí)，楞次定律會(huì)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在相位繞組中產(chǎn)生電流，從而導(dǎo)致背電動(dòng)勢(shì)（EMF）引起的制動(dòng)力矩。當(dāng)相位不短路時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)止動(dòng)扭矩感覺(jué)像光脈沖。止動(dòng)扭矩是由永磁體產(chǎn)生的吸引力，它將轉(zhuǎn)子上的齒吸引到定子齒上（圖2）。

圖2.步進(jìn)電機(jī)的剖析突出了轉(zhuǎn)子和定子齒

3.熟悉正確的步進(jìn)電機(jī)電流曲線(xiàn)

圖3顯示了使用八分之一微步進(jìn)時(shí)混合雙極步進(jìn)電機(jī)單相繞組中電流的典型波形。大多數(shù)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使用電流調(diào)節(jié)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)微步進(jìn)，從而在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)獲得更高的精度和更低的噪聲。微步進(jìn)方案通過(guò)在離散步進(jìn)電平調(diào)節(jié)電流來(lái)近似于正弦波。

圖3.步進(jìn)電機(jī)的一相中所示的電流示波器射影

步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不會(huì)遇到浪涌電流，在失速條件下，電流也不會(huì)像有刷直流電機(jī)那樣增加。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不包含像有刷直流電機(jī)那樣的機(jī)械換向器，并且由于電機(jī)的結(jié)構(gòu)，反電動(dòng)勢(shì)是正弦的。相反，步進(jìn)電機(jī)需要通過(guò)用相位角相差90度的周期性電流波形為兩相繞組通電來(lái)?yè)Q向電。

使用全步進(jìn)時(shí)，相電流類(lèi)似于方波。微步進(jìn)時(shí)，相電流類(lèi)似于正弦波，如圖3所示。大多數(shù)集成式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使用電流調(diào)節(jié)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)全步進(jìn)和微步進(jìn)。

4.步進(jìn)電機(jī)中的電流調(diào)節(jié)方案

查找電流波形中的失真是調(diào)試步進(jìn)電機(jī)的第一步。很多時(shí)候，改變衰減模式或其他設(shè)置可以減少可聽(tīng)噪聲，提高電流波形的質(zhì)量。與圖3相比，圖4、圖5和圖6顯示了失真的步進(jìn)電流波形。

圖4.電流調(diào)節(jié)方案中過(guò)多的快速衰減百分比會(huì)導(dǎo)致較大的紋波電流

圖5.當(dāng)電流減小時(shí)，顯著的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)使波形失真，僅使用慢衰減

圖6.慢衰減的消隱時(shí)間太長(zhǎng)，因此電機(jī)線(xiàn)圈的充電速度比驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)電流的速度快

許多因素都會(huì)在步進(jìn)電機(jī)中引起可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲。有時(shí)，步進(jìn)速率可能處于機(jī)械系統(tǒng)的諧振頻率，這使得噪聲更差。其他因素可能是由當(dāng)前的調(diào)節(jié)方案（也稱(chēng)為衰減模式）和微步尺寸引起的，因?yàn)樵叫≡桨察o。

圖7是一個(gè)思維導(dǎo)圖，可幫助您可視化這些因素如何結(jié)合在一起在步進(jìn)電機(jī)中產(chǎn)生聲學(xué)噪聲。一份題為“如何降低步進(jìn)電機(jī)中的可聽(tīng)噪聲”的應(yīng)用報(bào)告更詳細(xì)地討論了可聽(tīng)噪聲。

圖7.思維導(dǎo)圖可幫助工程師在調(diào)試步進(jìn)電機(jī)中的可聽(tīng)噪聲時(shí)可視化主要因素

5.電機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障報(bào)告

欠壓鎖定、過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱關(guān)斷是有刷直流和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的常見(jiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器保護(hù)功能。調(diào)試電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，這些功能可能有助于指示特定問(wèn)題的原因。

當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源軌電壓從電源或布線(xiàn)中的串聯(lián)阻抗下降、去耦或大容量電容不足、臺(tái)式電源鉗位或電源電路設(shè)計(jì)不良時(shí)，可能會(huì)觸發(fā)欠壓鎖定。
如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出之間或其中一個(gè)輸出與電源或地之間的短路，則可能會(huì)觸發(fā)過(guò)流保護(hù)。
如果環(huán)境溫度過(guò)高或電機(jī)驅(qū)動(dòng)器長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)大電流，則可能觸發(fā)過(guò)熱保護(hù)。
許多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)故障報(bào)告引腳，用于在發(fā)生故障時(shí)發(fā)出信號(hào)。調(diào)試時(shí)，可以探測(cè)此引腳以觸發(fā)示波器上的屏幕截圖。如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有故障報(bào)告引腳，請(qǐng)使用示波器檢查驅(qū)動(dòng)器的電源和輸出引腳。要確定故障類(lèi)型，請(qǐng)將示波器的行為與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)其保護(hù)功能的數(shù)據(jù)表描述進(jìn)行比較。如第一部分所述，請(qǐng)務(wù)必檢查電壓和電流。

某些驅(qū)動(dòng)器可能具有額外的保護(hù)功能，例如過(guò)壓保護(hù)和開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)。驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)表將描述這些功能的行為。

6.阿梅特臺(tái)架測(cè)試技巧

以下是合著者Armet關(guān)于在工作臺(tái)上旋轉(zhuǎn)有刷直流或步進(jìn)電機(jī)時(shí)該做什么和不該做什么的一些一般建議。

當(dāng)電機(jī)快速加速或脫加速時(shí)，未安裝在任何東西上的電機(jī)可能會(huì)劇烈振動(dòng)并“抖動(dòng)”。這是牛頓第三定律的一個(gè)例子。當(dāng)轉(zhuǎn)子在一個(gè)方向上加速時(shí)，定子將經(jīng)歷一個(gè)相等且相反的反作用力矩，使其向相反的方向加速。將電機(jī)放在泡沫墊或任何其他軟質(zhì)材料的頂部，以盡量減少電機(jī)在堅(jiān)硬表面上振動(dòng)的噪音。要消除任何抖動(dòng)，請(qǐng)用膠帶、夾具或虎鉗約束電機(jī)。
如果電機(jī)上沒(méi)有其他負(fù)載，則在電機(jī)軸上添加膠帶，以便輕松確定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)時(shí)，將電機(jī)放在吸熱材料（如散熱器）上，這些材料在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用后會(huì)變得非常熱。
當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出使能時(shí)，避免將電機(jī)與電路板連接器連接或斷開(kāi)。這樣做可能會(huì)導(dǎo)致可見(jiàn)的火花，并可能損壞電路板和電機(jī)。你甚至可能會(huì)得到一個(gè)燒傷的手指（從個(gè)人的，痛苦的經(jīng)歷中說(shuō)話(huà)）。
避免在電機(jī)連接到無(wú)動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸。電機(jī)將充當(dāng)發(fā)電機(jī)，可能會(huì)損壞具有高電流或電壓的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或電源。

                                                                                                                                                        侵權(quán)必刪

                                                                                                                           Please let us know if there is any infringement