步進電機是3D打印機中主要的驅動部件，步進電機的性能直接會影響到打印機的性能和最終打印出來物品的品質。
傳統(tǒng)的步進電機的驅動器都會存在噪音比較大，很不適合桌面型設備的用戶體驗感，另外一個問題就是常規(guī)的步進電機的驅動器會存在抖動問題 特別是在低速情況下，抖動通過同步帶反應到最終打印的質量上會出現(xiàn)斷層現(xiàn)象。步進電機的穩(wěn)定性與運行精度直接影響到3D打印機的性能。
常規(guī)步進電機的驅動都無法解決噪音和抖動問題
分析原因如下
步進電機的震動主要來自兩個方面一是步進電機的步距分辨率(步距階躍)另一方面是來自斬波和脈寬調制(PWM)的不良模式反應.
當然步進電機的步距角和細分會影響到電機的震動，但是本文中我們不談細分和電機步距角的因素，因為這兩個因素無法徹底解決步進電機的震動，只是改善。
斬波和PWM模式
噪音和振動的另外一個來源是傳統(tǒng)的斬波方式和脈寬調制(PWM)模式,由于比較粗的步距分辨率是產(chǎn)生振動和噪音的主要因素,我們通常忽視了斬波和PWM帶來的問題.
傳統(tǒng)的恒定PWM斬波模式是電流控制的PWM斬波模式,該模式在快速衰減和慢速衰減之間有個固定關系,在其最大數(shù)值的時候,電流才會達到規(guī)定的目標電流,最終導致平均電流是小于預期目標電流的,如圖7所示
在一個完整的電周期內,電流方向改變時 在正弦波過零處有個平穩(wěn)過渡期,這個會影響在很短的過渡期內線圈里面的電流為零,也就是電機此時根本就沒有力矩,這就導致了電機擺動和振動,尤其是在低速情況下.
相比恒定的斬波模式,TRINAMIC的SpreadCycle PWM斬波模式在慢速和快速衰減器之間自動配置一個磁滯衰減功能.平均電流反應了配置的正常電流,在正弦的過零點不會出現(xiàn)過渡期,這就減少電流和力矩的波動,是電流波形更加接近正弦波,相比傳統(tǒng)恒定斬波模式,SpreadCycle PWM斬波模式控制下的電機運行得要平穩(wěn)、平滑很多.
這一點在電機從靜止或低速到中速過程中非常重要.
傳統(tǒng)步進電機驅動方案在電流過零點的時候都會出現(xiàn)一個電流過度，或者叫電流死區(qū)，此時電機線圈是沒有電流的。這是導致電機震動的一個主要因素。
Trinamic是嵌入式電機和運動控制領域的全球領導者。主要產(chǎn)品包括專用運動控制集成芯片，智能電機驅動器和嵌入式微系統(tǒng)。 Trinamic的工程師擁有數(shù)十年的經(jīng)驗，擅長解決現(xiàn)實問題，致力于為3D打印，桌面制造，醫(yī)療設備，實驗室自動化和監(jiān)控攝像頭等領域設計解決方案。gao@trinamic.cn trinamic開發(fā)出了一項專利技術spreadcycle保證步進電機在過零點時平滑過渡沒有死區(qū)電流，使用其TMC2100，TMC2130，TMC2208幾款步進電機驅動芯片幾乎沒有抖動。
StealthChop模式下過零點的效果是非常完美的:當電流的信號從正變?yōu)樨摶蛘哓撟優(yōu)檎?不會有過渡區(qū)域而是持續(xù)性的穿過零點.因為電流的調制是根據(jù)PWM占空比來控制的.在50%的PWM占空比,電流是0,StealthChop調整PWM的占空比來調節(jié)電機電流,PWM頻率是個常數(shù),與此相反 電流控制的斬波器通過調控頻率實現(xiàn)調節(jié)電機電流,在這里 電流的波動是比較大的,此外電流的波動會在電機的永磁體轉子里產(chǎn)生渦流,這會導致電機的功耗損失. |
