步進電機常見故障及處理ppt課件

1、 華中數(shù)控主要內容主要內容華中數(shù)控華中數(shù)控一、步進電機常用術語相數(shù)：相數(shù)：拍數(shù)：拍數(shù)： 對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用表示。表示。=360=360度度/ /（轉子齒數(shù)（轉子齒數(shù)J J* *運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉子齒為運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉子齒為5050齒電機為例：齒電機為例： 四拍運行時步距角為：四拍運行時步距角為： =360 =360度度/ /（5050* *4 4）=1.8=1.8度（俗稱整步）度（俗稱整步） 八拍運行時步距角：八拍運行時步距角： =360=360度度/ /（5050* *8 8）=0.9=0.9度（俗稱半步

2、）度（俗稱半步）華中數(shù)控步距角：步距角：定位轉矩：定位轉矩：華中數(shù)控華中數(shù)控靜轉矩：靜轉矩：華中數(shù)控步距角精度：步距角精度：失步：失步：失調角：失調角：最大空載起動頻率：最大空載起動頻率：華中數(shù)控最大空載的運行頻率：最大空載的運行頻率：運行矩頻特性：運行矩頻特性：華中數(shù)控電機的共振點：電機的共振點：電機正反轉控制：電機正反轉控制：華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控1、永磁步進電機的結構原理（勵磁式）、永磁步進電機的結構原理（勵磁式）FFNSSRA+B-A-B+iitt00AB(a)(b)圖 1 永 磁 步 進 電 機 結 構 原 理永磁步進電機的結構原理華中數(shù)控2 2、反應式步進

3、電機工作原理、反應式步進電機工作原理CABBACii00tt0it (a) (b) 反應式步進電機結構原理圖 華中數(shù)控 下面以反應式步進電機為例說明步進電機的下面以反應式步進電機為例說明步進電機的結構和工作原理。結構和工作原理。如下：如下：ABCIAIBIC 定子內圓周定子內圓周均勻分布著六個均勻分布著六個磁極，磁極上有磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩勵磁繞組，每兩個相對的繞組組個相對的繞組組成一相。轉子有成一相。轉子有四個齒。四個齒。定子定子轉子轉子CABBCA3412 A相繞組通電，相繞組通電，B、C相相不通電。由于在磁場作用下，不通電。由于在磁場作用下，轉子總是力圖旋轉到磁阻最轉子總是力圖旋

4、轉到磁阻最小的位置，故在這種情況下，小的位置，故在這種情況下，轉子必然轉到左圖所示位置：轉子必然轉到左圖所示位置：1、3齒與齒與A、A極對齊。極對齊。CABBCA3412同理，同理，B相通電時，轉子會轉過相通電時，轉子會轉過30 角，角，2、4齒和齒和B、B 磁極軸線對齊；當磁極軸線對齊；當C相通電時，轉子相通電時，轉子再轉過再轉過30 角，角，1、3齒和齒和C 、C磁極軸線對齊。磁極軸線對齊。1C342CABBA這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。

5、工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。 按按AB C A 的順序給三相繞組輪流通電，轉子便一步一步轉動起來。的順序給三相繞組輪流通電，轉子便一步一步轉動起來。每一拍轉過每一拍轉過30( (步距角步距角) )，每個通電循環(huán)周期，每個通電循環(huán)周期( (3拍拍) )轉過轉過90( (一個齒距角一個齒距角) )。 按按AAB B BC C CA的順序給三相繞組輪流通電。的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更這種方式可以獲得更精確的控制特性。精確的控制特性。CABBCA3412CABBCA3412 A相通電，轉子相通電，轉子1 1、3 3齒與齒與A、A 對齊。對齊。 A、B相同時通電，相同時通電，

6、A、A 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉子轉齒，轉子轉過過15 ，到達左圖所示位置。到達左圖所示位置。CABBCA3412 B B 相通電，轉子相通電，轉子2、4齒與齒與B、B 對齊對齊, ,又轉又轉過過15 。3412CABBCA B、C相同時通電，相同時通電，C 、C 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉子再轉齒，轉子再轉過過15 。 三相反應式步進電動機的一個通電循環(huán)周三相反應式步進電動機的一個通電循環(huán)周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每個循每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉子轉過環(huán)周期分為六拍。每拍轉子轉過15 （步

7、距角），（步距角），一一個通電循環(huán)周期個通電循環(huán)周期( (6拍拍) )轉子轉過轉子轉過90 ( (齒距角齒距角) )。 與單三拍相比，六拍驅動方式的步進角更與單三拍相比，六拍驅動方式的步進角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。 按按AB BC CA的順序給三相繞組輪流通的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電電。每拍有兩相繞組同時通電。AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412 與單三拍方式相似，雙三拍驅動時每個通電與單三拍方式相似，雙三拍驅動時每個通電循循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉子轉過環(huán)周

8、期也分為三拍。每拍轉子轉過30 ( (步距角步距角) )，一一個通電循環(huán)周期個通電循環(huán)周期( (3拍拍) )轉子轉過轉子轉過90 ( (齒距角齒距角) )。 從以上對步進電機三種驅動方式的分析可從以上對步進電機三種驅動方式的分析可得步距角計算公式：得步距角計算公式：mZr360 步距角步距角Zr 轉子齒數(shù)轉子齒數(shù)m 每個通電循環(huán)周期的拍數(shù)每個通電循環(huán)周期的拍數(shù) 實用步進電機的步距角多為實用步進電機的步距角多為3 和和1.5 。為了獲得小步距角，電機的定子、轉子都。為了獲得小步距角，電機的定子、轉子都做成多齒的，做成多齒的，結構：結構： 華中數(shù)控BBB2A2NNSA3NNNC - C剖面B1NS

9、A1SSC34ANDS定子BB2A2NSA3SN34A電機繞組C4D轉子永磁體BD - D剖面B1SSA14 華中數(shù)控華中數(shù)控 VDC PWM A + = - = 電流檢測 *i 華中數(shù)控 步進電機控制方式方向脈沖步進電機驅動器步進電機驅動器步進電機步進電機工作臺工作臺(a) 開環(huán)控制 比較、補償脈沖比較、補償脈沖脈沖混合器脈沖混合器步進電步進電機驅動機驅動器器步進電機步進電機指令指令工作臺工作臺位置測量位置測量(b) 反饋補償閉環(huán)控制華中數(shù)控4 4、步進電機的接線圖、步進電機的接線圖華中數(shù)控華中數(shù)控步進電機與控制器連接框圖流- +12345614715819210311412513世紀星世紀

10、星HNC-21XS30A+A-B+B-Z+Z-+5V+5VGNDGNDCP+CP-DIR+DIR-PUL+PUL-DIR+DIR-P1P2步進驅動器MS535BDACB DA C電機57HS13混合步進電機A+A-B+B- AC 30V華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控PULSE/CW+PULSE/CW-DIR/CCW+DIR/CCW-RESET+RESET-READYREADYRDYTEMPFLTMOT.CURRSTEP1STEP2CURR.REDPULSE.SYSDC+DC-UVWPELNPEWD3-007信號接口：PULSE+電機輸入控制脈沖信號；DIR+電機轉動方向控制信號；RESET+復位信號

11、，用于封鎖輸入信號；READY+報警信號；PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接為公共地；狀態(tài)指示：RDY燈亮表示驅動器正常工作；TEMP燈亮表示驅動器超溫；FLT燈亮表示驅動器故障；功能選擇：MOT.CURR設置電機相電流；STEP1、STEP2設置電機每轉的步數(shù)；PULSE.SYS可設置成“脈沖和方向”控制方式；也可設置成“正轉和反轉”控制方式；CURR.RED用于設置半流功能；功率接口：DC+和DC-接制動電容 （用戶使用時請與代理商聯(lián)系）；U、V、W接電機動力線，PE是地；L、N接供電電源；百格拉公司步進電機百格拉公司步進電機WD3-007WD3-007的面板接線的面板

12、接線 華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控五、五、 步進電機的主要特性：步進電機的主要特性：1 1、 步距角和步距誤差：步距角和步距誤差：T0步進電機矩角特性華中數(shù)控2 2、靜態(tài)矩角特性和最大靜轉矩特性、靜態(tài)矩角特性和最大靜轉矩特性T0Nm繞組并聯(lián)繞組并聯(lián)繞組串聯(lián)繞組串聯(lián)f 步進電機矩頻特性華中數(shù)控3 3、步進電機矩頻特性：、步進電機矩頻特性：華中數(shù)控5、啟動慣頻特性啟動慣頻特性 起 動 慣 頻 特 性 f（ H z） JL 0 在負載轉矩ML=0的條件下，步進電動機由靜止狀態(tài)突然啟動，不丟步地進入正常運行狀態(tài)所允許的最高啟動頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率，超過此值就不能正常啟動。啟動頻率與機械系統(tǒng)

13、的轉動慣量有關，包括步進電動機轉子的轉動慣量，加上其它運動部件折算至步進電動機軸上的轉動慣量。下圖表示啟動頻率與負載轉動慣量之間的關系。隨著負載慣量的增加，起動頻率下降。若同時存在負載轉矩ML；則起動頻率將進一步降低。在實際應用中，由于ML的存在，可采用的啟動頻率要比慣頻特性還要低。華中數(shù)控本驅動器提供2-256細分，在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅動器來驅動步進電機，細分驅動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉的。 可以講細分驅動器是將脈沖拍數(shù)進行細分或將旋轉磁場進行數(shù)字化處理。是將磁場進行細分，可以講細分驅動器是將脈沖拍數(shù)進行

14、細分或將旋轉磁場進行數(shù)字化處理。是將磁場進行細分，其控制精度取決于步進電機自身精度的高低。不過也可根據(jù)不同廠家的步進電機進行修正，但這不其控制精度取決于步進電機自身精度的高低。不過也可根據(jù)不同廠家的步進電機進行修正，但這不是一般驅動器生產(chǎn)廠家所能做到的。因此細分驅動器往往用在減少噪音和提高電機軸輸出的平穩(wěn)性是一般驅動器生產(chǎn)廠家所能做到的。因此細分驅動器往往用在減少噪音和提高電機軸輸出的平穩(wěn)性上。上。華中數(shù)控6 6、 M535M535步進電機驅動器細分設置步進電機驅動器細分設置1）按驅動器前面板表格將細分數(shù)設置為16,將電機設置為57HS13步進電動機的額定電流.撥碼開關細分數(shù) SW5SW6 S

15、W7 SW8 2 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 0 0 1 1 1 1 8 1 1 1 1 0 0 1 1 16 1 1 0 0 0 0 1 1 32 1 1 1 1 1 1 0 0 64 1 1 0 0 1 1 0 0 128 1 1 1 1 0 0 0 0 256 1 1 0 0 0 0 0 0華中數(shù)控2）.步進電機驅動器的電流選擇，撥碼開關1、2、3可以選擇驅動器的電流大小，下表不同的撥碼方式對應的電流大小也不同，通過下表可以看出其對應關系，撥碼開關 電流 SW1 SW2 SW3 1.3 1 1 1 1.6 0 1 1 1.9 1 0 1 2.2 0 0 1 2.5 1 1

16、 0 2.9 0 1 0 3.2 1 0 0 3.5 0 0 0華中數(shù)控 步進電機由于靜止時的電流很大，所以一般驅動器都提供半流功能， （ 1）.首先將半流功能打開，讓驅動器帶電的情況下靜止30分 鐘，測出此時的電機溫度，并記錄下來 （ 2）.待電機冷卻后，將半流功能關閉，讓驅動器帶電的情況 下靜止30分鐘，測出此時的電機溫度，并記錄下來，與 上次所測的溫度進行比較7、半流功能華中數(shù)控 步步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術（請參考有關文獻），其主要目的進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術（請參考有關文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一

17、個附帶功能。是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。比如對于步進角為比如對于步進角為1.8 的兩相混合式步進電機，如果細分驅動器的細分數(shù)設置為的兩相混合式步進電機，如果細分驅動器的細分數(shù)設置為4，那，那么電機的運轉分辨率為每個脈沖么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45，電機的精度能否達到或接近，電機的精度能否達到或接近0.45，還取決于，還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大；細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。細分數(shù)越大精度越難控制。1 1、細分

18、驅動器的細分數(shù)是否能代表精度、細分驅動器的細分數(shù)是否能代表精度? ?2 2、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉 時的振動和噪聲時的振動和噪聲? ?華中數(shù)控華中數(shù)控 3 3、二、二/ /四相混合式步進電機的使用四相混合式步進電機的使用A+A-B+B-A+A-C-CB+B-D-D華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控2）步進電機發(fā)熱的合理范圍：）步進電機發(fā)熱的合理范圍：華中數(shù)控4）發(fā)熱帶來的影響：）發(fā)熱帶來的影響： 華中數(shù)控華中數(shù)控七、步進電機常見故障及分析：華中數(shù)控華中數(shù)控 4. 4. 電機運轉不規(guī)則，正反轉地搖擺電機運轉不規(guī)則，正反轉地搖擺 1） 指令脈沖頻率與電機發(fā)

19、生共振 2） 外部干擾 5. 5. 電機定位不準電機定位不準 1） 加減速時間太小 2） 存在干擾噪聲 3）系統(tǒng)屏蔽不良 華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的 最小分辨率（當量）換算到電最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.360.36度度/0.72/0.72度（五相電機）、度（五

20、相電機）、0.90.9度度/1.8/1.8度（二、四相電機）、度（二、四相電機）、1.51.5度度/3/3度度 （三相電機）等。（三相電機）等。 1 1、步距角的選擇、步距角的選擇華中數(shù)控華中數(shù)控2 2）靜力矩的選擇）靜力矩的選擇華中數(shù)控3 3）電流的選擇）電流的選擇4）力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：量，力矩與功率換算如下： P= P= M =2M =2n/60 P=2nM/60 n/60 P=2nM/60 其其P P為功率單位為為功率單位為瓦，瓦，為每

21、秒角速度，單位為弧度，為每秒角速度，單位為弧度，n n為每分鐘轉速，為每分鐘轉速，M M為力矩單位為牛頓為力矩單位為牛頓米米 P=2fM/400(P=2fM/400(半步工作）半步工作） 其中其中f f為每秒脈沖數(shù)（簡稱為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) PPS) 華中數(shù)控華中數(shù)控華中數(shù)控（1 1）步進電機應用于低速場合）步進電機應用于低速場合-每分鐘轉速不超每分鐘轉速不超 過過10001000轉，（轉，（0.90.9度時度時66666666PPS)PPS)，最好在最好在1000-1000- 3000 3000PPS(0.9PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其度）間使用，可通過減速裝置使其 在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 華中數(shù)控（4 4）轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。）轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。 華中數(shù)控（5 5）電機在較高速或大慣量負載時，一般不在）電機在較高速或大慣量負載時，一般不在 工作速度起動，而采用逐漸升頻提速：工作