高速驅動步進電機

步進電機是在電子設計中實現的更簡單的電機之一，其中需要精確度和可重復性。不幸的是，步進電機的結構對電機提出了相當低的速度限制，遠低于電子設備驅動電機的速度。當需要步進電機的高速運行時，隨著許多因素開始發揮作用，實施的難度增加。

當步進電機高速驅動時，有幾個因素成為重要的設計和實施挑戰。像許多組件一樣，步進電機的真實行為并不理想，與理論相去甚遠。步進電機的最大速度會因制造商，型號和電機的電感而異，速度可達1000-3000 RPM（對于更高的速度，伺服電機是更好的選擇）。影響步進電機高速行駛的主要因素是：

任何移動物體都具有慣性，該慣性抵抗物體加速度的變化。在低速應用中，可以以所需的速度開始驅動步進電機而不會錯過任何一個步驟。然而，試圖立即高速驅動步進電機上的負載是跳過步驟和失去位置的好方法。除了慣性效應很小的非常輕的負載外，步進電機必須從低速到高速上升，以保持位置和精度。先進的步進電機控制包括加速度限制和補償慣性的策略。

步進電機的轉矩對于每個運行速度都不相同，但隨著步進速度的增加而下降。其原因在于步進電機的運行原理。步進電機的驅動信號在電機的線圈中產生磁場，以產生邁出一步的力。磁場達到最大強度所需的時間取決于線圈的電感，驅動電壓和電流限制。隨著驅動速度的增加，線圈保持其全強度的時間縮短，電機可產生的扭矩下降。

為了最大化步進電機的力，驅動信號電流必須達到最大驅動電流，而在高速應用中，必須盡快完成。使用更高電壓信號驅動步進電機有助于提高高速時的扭矩，這些扭矩會自動應用于恒流步進驅動器解決方案中。

電機的理想概念允許它以任何速度驅動，隨著速度的增加，扭矩的減小更為嚴重。不幸的是，步進電動機通常具有死區，其中電動機不能以給定速度驅動負載。這是由于系統中的共振，并且因產品和設計而異。

步進電機驅動機械系統，所有機械系統都會受到共振。當驅動頻率與系統的固有頻率匹配時發生共振，并且添加到系統的能量傾向于增加其振動和扭矩損失而不是其速度。在過度振動會產生問題的應用中，找到并跳過共振步進電機的速度尤為重要。即使是可以承受振動的應用也應盡可能避免共振，因為它會顯著降低系統的壽命。

步進電機有一些可用的驅動策略，包括微步進，允許電機進行小于全步。這些微步驟的精度降低，但它們確實使步進電機在較低速度下運行更安靜。步進電機只能如此快速地驅動，并且電機在微步或全步中看不到差異。對于全速運行，通常需要驅動步進電機全步。但是，通過步進電機加速曲線的微步進可以顯著降低系統中的噪音和振動。