8_步進電機常見故障及處理ppt課件

1、 步進電機步進電機孫海亮孫海亮一、步進電機常用術(shù)語一、步進電機常用術(shù)語二、步進電機的分類二、步進電機的分類三、工作原理三、工作原理四、步進電機的驅(qū)動電路、控制方式及接線四、步進電機的驅(qū)動電路、控制方式及接線五、五、 步進電機的主要特性：步進電機的主要特性：六、步進電機常見問題六、步進電機常見問題七、步進電機常見故障及分析：七、步進電機常見故障及分析：八、步進電機的選擇八、步進電機的選擇主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語、步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語 產(chǎn)生不同對極產(chǎn)生不同對極N N、S S磁場的激磁線圈對數(shù)。常磁場的激磁線圈對數(shù)。常用用m m表示表示 完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ?/p>

2、完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用狀態(tài)用n n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式?jīng)_數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即即AB-BC-CD-DA-ABAB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即，四相八拍運行方式即 A- A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.一、步進電機常用術(shù)語相數(shù)：相數(shù)：拍數(shù)：拍數(shù)： 電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）力矩由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）步

3、距角：步距角：定位轉(zhuǎn)矩：定位轉(zhuǎn)矩： 對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用用表示。表示。=360=360度度/ /（轉(zhuǎn)子齒數(shù)（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J J* *運行拍數(shù)），運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)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）度俗稱半步） 電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不電機在額定

4、靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。熱及機械噪音。靜轉(zhuǎn)矩：靜轉(zhuǎn)矩：2 2、步進電機動態(tài)指標及術(shù)語：、步進電機動態(tài)指標及術(shù)語： 步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：論值的誤差。用百分比表示： 誤差誤差/ /步

5、距角步距角* *100%100%。 不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%15%以內(nèi)。以內(nèi)。 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。步數(shù)。稱之為失步。步距角精度：步距角精度：失步：失步： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。 電機電壓及額定電流下，在不加負載電機電壓及額定電流下，在不加負載的情況

6、下，能夠直接起動的最大頻率。的情況下，能夠直接起動的最大頻率。失調(diào)角：失調(diào)角：最大空載起動頻率：最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。依據(jù)。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： 步進電機均有固定的共振區(qū)

7、域步進電機均有固定的共振區(qū)域 電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。反之亦然。 為使電機輸出電矩大，不失步和整個系為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。較多。 當電機繞組通電時序為當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DAAB-BC-CD-DA或或()()時為正轉(zhuǎn)，通電時序為時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CA-BC-ABDA-CA-BC-AB或或()()時為時為反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。電機的共振點：電機的共振點：電

8、機正反轉(zhuǎn)控制：電機正反轉(zhuǎn)控制： 其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等 電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。 其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。二、步進電機的分類：二、步進電機的分類：按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為: : 1. 1.反應(yīng)式步進電機反應(yīng)式步進電機; ; 2. 2.永磁式步進電機永磁式步進電機; ; 3. 3.混合式步進電

9、機；混合式步進電機；從電流的極性上可分為從電流的極性上可分為: : 1. 1.單極性步進電機單極性步進電機; ; 2. 2.雙極性步進電機雙極性步進電機 從控制繞組數(shù)量上可分為從控制繞組數(shù)量上可分為: : 1. 1.二相步進電機二相步進電機; ; 2. 2.三相步進電機三相步進電機; ; 3. 3.四相步進電機四相步進電機; ; 4. 4.五相步進電機五相步進電機; ; 5. 5.六相步進電機；六相步進電機； 從運動的型式上可分為：從運動的型式上可分為： 1. 1.旋轉(zhuǎn)步進電機。旋轉(zhuǎn)步進電機。 2. 2.直線步進電機。直線步進電機。 3. 3.平面步進電機。平面步進電機。 步進電動機是一種將電

10、脈沖信號轉(zhuǎn)換成機步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的電磁機械裝置。械角位移的電磁機械裝置。 具有較好的定位精度，具有較好的定位精度， 無漂移和無積累定位誤差的優(yōu)點，無漂移和無積累定位誤差的優(yōu)點， 能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列， 可作同步電動機使用，廣泛地應(yīng)用于各種小可作同步電動機使用，廣泛地應(yīng)用于各種小型自動化設(shè)備及儀器。型自動化設(shè)備及儀器。三、工作原理三、工作原理1、永磁步進電機的結(jié)構(gòu)原理勵磁式）、永磁步進電機的結(jié)構(gòu)原理勵磁式）FFNSSRA+B-A-B+iitt00AB(a)(b)圖1 永磁步進電機結(jié)構(gòu)原理永磁步進電機的結(jié)構(gòu)原理2 2、反應(yīng)式步進電機工作

11、原理、反應(yīng)式步進電機工作原理CABBACii00tt0it (a) (b) 反應(yīng)式步進電機結(jié)構(gòu)原理圖 下面以反應(yīng)式步進電機為例說明步進電機的下面以反應(yīng)式步進電機為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。結(jié)構(gòu)和工作原理。ABCIAIBIC 定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。轉(zhuǎn)子有四個齒。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子CABBCA3412 A相繞組通電，B、C相不通電。由于在磁場作用下，轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，故在這種情況下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A極對齊。CABBCA34121C342CABBA 按AB C A 的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一

12、步轉(zhuǎn)動起來。每一拍轉(zhuǎn)過30(步距角)，每個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)過90(一個齒距角)。 按按A AAB AB B B BC BC C C CA CA的順序給三相的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。特性。CABBCA3412CABBCA3412 A相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與齒與A、A 對齊。對齊。 A、B相同時通電，相同時通電，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，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15，到達左圖，到達左圖所示位置。所示位置。CABBCA3412 B 相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與齒

13、與B、B 對齊對齊,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15。 三相反應(yīng)式步進電動機的一個通電循環(huán)周三相反應(yīng)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），（步距角），一個通電循環(huán)周期一個通電循環(huán)周期(6拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90 (齒距角齒距角)。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進角更與單三拍相比，六拍驅(qū)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)

14、中。小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。 按按AB AB BC BC CACA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(qū)動時每個通電循與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30 (步距角步距角)，一個通電循環(huán)周期一個通電循環(huán)周期(3拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角齒距角)。 從以上對步進電機三種驅(qū)動方式的分析可得步距角計算公式：mZr360 步距角步

15、距角Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)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 3和和1.51.5 。為了獲得小步距角，電機的定子、轉(zhuǎn)子都做成多為了獲得小步距角，電機的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，齒的，構(gòu)造：構(gòu)造： 3、混合式步進電機原理：、混合式步進電機原理： 二相混合式步進電機結(jié)構(gòu)原理圖二相混合式步進電機結(jié)構(gòu)原理圖BBB2A2NNSA3NNNC - C剖面B1NSA1SSC34ANDS定子BB2A2NSA3SN34A電機繞組C4D轉(zhuǎn)子永磁體BD - D剖面B1SSA14 四、步進電機的驅(qū)動電路、控制方式及接線四、步進電機的驅(qū)動電路、控制方式及接線

16、1 1、驅(qū)動電路：、驅(qū)動電路： 步進電機繞組的驅(qū)動電路步進電機繞組的驅(qū)動電路: : 單極性電流一般采用下圖單極性電流一般采用下圖雙管串聯(lián)電路雙管串聯(lián)電路; ; 雙極性電流一般采用下圖雙極性電流一般采用下圖的的H H橋電路橋電路; ; 三相混合式步進電機則采用三相逆變橋電路三相混合式步進電機則采用三相逆變橋電路, ,見下圖見下圖.2、進電動機繞組電流控制電路 VDC PWM A + = - = 電流檢測 *i 3 3、控制方式：、控制方式： 步進電機的控制方式一般可分為開環(huán)步進電機的控制方式一般可分為開環(huán)控制和反饋補償閉環(huán)控制控制和反饋補償閉環(huán)控制, ,見下圖見下圖a a和下圖和下圖b. b.

17、步進電機控制方式方向脈沖步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)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機驅(qū)步進電機驅(qū)動器動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4 4、步進電機的接線圖、步進電機的接線圖步進電機與控制器連接框圖流-+12345614715819210311412513世紀星世紀星HNC-21XS30A+A-B+B-Z+Z-+5V+5VGNDGNDCP+CP-DIR+DIR-PUL+PUL-DIR+DIR-P1P2步進驅(qū)動器MS535BDACBDAC電機57HS13混合步進電機A+A-B+B

18、- AC 30V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(zhuǎn)動方向控制信號；RESET+復(fù)位信號，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(qū)動器正常工作；TEMP燈亮表示驅(qū)動器超溫；FLT燈亮表示驅(qū)動器故障；功能選擇：MOT.CURR設(shè)置電機相

19、電流；STEP1、STEP2設(shè)置電機每轉(zhuǎn)的步數(shù)；PULSE.SYS可設(shè)置成“脈沖和方向”控制方式；也可設(shè)置成“正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)”控制方式；CURR.RED用于設(shè)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的面板接線的面板接線 控制信號說明：控制信號說明：PULSEPULSE：脈沖信號輸入端，每一個脈沖的上升沿使：脈沖信號輸入端，每一個脈沖的上升沿使 電動機轉(zhuǎn)動一步。電動機轉(zhuǎn)動一步。DIRDIR：方向信號輸入端，如：方向信號輸入端，如“DIR“DIR為低

20、電平，電機為低電平，電機 按順時針方向旋轉(zhuǎn)；按順時針方向旋轉(zhuǎn)； “DIR “DIR為高電平電機為高電平電機按按 逆時針方向旋轉(zhuǎn)。逆時針方向旋轉(zhuǎn)。CWCW： 正轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機正向轉(zhuǎn)動一步。正轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機正向轉(zhuǎn)動一步。CCWCCW：反轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機反向轉(zhuǎn)動一步。：反轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機反向轉(zhuǎn)動一步。RESETRESET：復(fù)位信號，如復(fù)位信號為低電平時：復(fù)位信號，如復(fù)位信號為低電平時, ,輸入脈沖信號起作輸入脈沖信號起作 用，如果復(fù)位信號為高電平時就禁止任何有效的脈沖，用，如果復(fù)位信號為高電平時就禁止任何有效的脈沖， 輸入信號無效，電機無保持扭矩。輸入信號無效，電機無保持

21、扭矩。READDY: READDY: 輸入報警信號：輸入報警信號：READYREADY是繼電器開關(guān)，當驅(qū)動器正是繼電器開關(guān)，當驅(qū)動器正 常工作時繼電器閉合，當驅(qū)動器工作異常時繼電器常工作時繼電器閉合，當驅(qū)動器工作異常時繼電器 斷開。繼電器允許最高輸入電壓和電流是：斷開。繼電器允許最高輸入電壓和電流是：35VDC35VDC， 10mAI200mA 10mAI200mA，電阻性負載。如用該繼電器，要，電阻性負載。如用該繼電器，要 把他串聯(lián)到把他串聯(lián)到CNCCNC的某輸入端。當驅(qū)動器正常工作時的某輸入端。當驅(qū)動器正常工作時 繼電器閉合，外部繼電器閉合，外部24VDC24VDC通過繼電器輸入到通過繼電

22、器輸入到CNCCNC輸入輸入 端，否則外部端，否則外部24VDC24VDC無法輸入到無法輸入到CNCCNC輸入端。輸入端。留意：留意：PULSE+PULSE+與與CW+CW+，PULSE-PULSE-與與CW-CW-，DIR-DIR-與與CCW-CCW-對應(yīng)同一對應(yīng)同一 個接線口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。個接線口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。 轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的空間機械角度，即步距角為 =360/Z*N其中 Z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N-運行拍數(shù)。 步進電機每走一步，轉(zhuǎn)子實際的角位移與設(shè)計的步距角存在有步距誤差。連續(xù)走若干步時，上述誤差形成累積值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈后，回至上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，因此步進

23、電機步距的誤差不會長期積累。 步進電機步距的積累誤差，是指一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)步距積累誤差的最大值，步距誤差和積累誤差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影響步距誤差和積累誤差的主要因素有: 齒與磁極的分度精度；鐵心迭壓及裝配精度；各相矩角特性之間差別的大?。粴庀兜牟痪鶆虺潭鹊?。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： 所謂靜態(tài)是指電機不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子不動時的工作狀態(tài)?？蛰d時，步進電杌某相通以直流電流時，該相對應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒對齊，這時轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)矩輸出。如在電機軸上加一順時針方向的負載轉(zhuǎn)矩，步進電機轉(zhuǎn)子則按順時針方向轉(zhuǎn)過一個小角度，稱為失調(diào)角,這時

24、轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩T與負載轉(zhuǎn)矩相等。矩角特性是描述步進電機穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間關(guān)系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。T0步進電機矩角特性2 2、靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性、靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性矩頻特性是用來描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系曲線。矩頻特性曲線上每一頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進電機結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還寫步進電機繞組連接、驅(qū)動電路、驅(qū)動電壓有密切的關(guān)系。下圖是混合式步進電機連續(xù)運行時的典型的矩頻特性曲線。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3 3、步進電機矩頻特性：、步進電機矩頻特性：4、測定步進電機的空載起動

25、頻率: 拆去光電編碼器,讓步進電機空載,在步進電機軸伸處作一標記,由世紀星設(shè)置步進電機整數(shù)轉(zhuǎn)的位移(例如1.轉(zhuǎn)脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))和速度,且加減速時間常數(shù)也設(shè)置為零.步進電機處于鎖定狀態(tài)下,執(zhí)行上述命令,步進電機突然起動并突然停止,從軸伸標記判斷步進電機是否失步.若起動成功,則提高速度參數(shù)再測試,直至某一臨界速度,并由此速度換算為步數(shù)/秒,即為電機的空載起動頻率. 5、啟動慣頻特性 起 動 慣 頻 特 性 f（ H z） JL 0 在負載轉(zhuǎn)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)的

26、轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，包括步進電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，加上其它運動部件折算至步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量。下圖表示啟動頻率與負載轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系。隨著負載慣量的增加，起動頻率下降。若同時存在負載轉(zhuǎn)矩ML；則起動頻率將進一步降低。在實際應(yīng)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。本驅(qū)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(qū)動器來驅(qū)動步進電機，細分驅(qū)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(zhuǎn)的。 可以講細分驅(qū)動器是將脈沖拍數(shù)進行細分或?qū)⑿D(zhuǎn)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

27、可根據(jù)不同廠家的步進電機進行修正，但這不是一般驅(qū)動器生產(chǎn)廠家所能做到的。因此細分驅(qū)動器往往用在減少噪音和提高電機軸輸出的平穩(wěn)性上。6 6、 M535 M535步進電機驅(qū)動器細分設(shè)置步進電機驅(qū)動器細分設(shè)置1按驅(qū)動器前面板表格將細分數(shù)設(shè)置為16,將電機設(shè)置為57HS13步進電動機的額定電流.撥碼開關(guān)細分數(shù) SW5SW6 SW7 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 25

28、6 1 1 0 0 0 0 0 02）.步進電機驅(qū)動器的電流選擇，撥碼開關(guān)1、2、3可以選擇驅(qū)動器的電流大小，下表不同的撥碼方式對應(yīng)的電流大小也不同，通過下表可以看出其對應(yīng)關(guān)系，撥碼開關(guān) 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 0 2.9 0 1 0 3.2 1 0 0 3.5 0 0 0 步進電機由于靜止時的電流很大，所以一般驅(qū)動器都提供半流功能， （ 1）.首先將半流功能打開，讓驅(qū)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(guān)閉，讓驅(qū)動器帶電的情況 下

29、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、半流功能六、步進電機常見問題六、步進電機常見問題 步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)請步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)請參考有關(guān)文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低參考有關(guān)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(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為能。比如對于步進角為1.8 的兩相混合式步進電機，如果的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每，那么電機

30、的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖個脈沖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，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制?？刂?。1 1、細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度、細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度? ? 步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：A.如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū)；B.采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是最常用的、最簡便的方法

31、；C.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；D.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；E.在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。 2 2、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn) 時的振動和噪聲時的振動和噪聲? ? 如果由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，連接時可以采用串如果由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用; ; 串聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較低的場合使用，此串聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較低的場合使用，此時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的時需要的驅(qū)動器

32、輸出電流為電機相電流的0.70.7倍，倍，因而電機發(fā)熱??；因而電機發(fā)熱??； 并聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較高的場合使用又并聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較高的場合使用又稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的電流的1.41.4倍，因而電機發(fā)熱較大。倍，因而電機發(fā)熱較大。 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 將步進電機定子繞改為并聯(lián)接法注：繞組并聯(lián)后,應(yīng)將步進電機的電流設(shè)置增大一倍,才不至于降低了低頻段的輸出轉(zhuǎn)矩。）A+A-B+B-A+A-C-CB+B-D-D4、步進電機發(fā)熱及處理對策 步進電機作為一種數(shù)字式執(zhí)行元件，在運動

33、控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。許多用戶朋友在使用步進電機的時候，感覺電機工作時有較大的發(fā)熱。 實際上發(fā)熱是步進電機的一個普遍現(xiàn)象，但怎樣的發(fā)熱程度才算正常，以及如何盡量減小步進電機發(fā)熱呢？1） 步進電機為什么會發(fā)熱 對于各種步進電機而言，內(nèi)部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。 繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損， 鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。 銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。 步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也

34、隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。 電機發(fā)熱允許到什么程度，主要取決于電機內(nèi)部絕緣等級。 內(nèi)部絕緣性能在高溫下130度以上才會被破壞。所以只要內(nèi)部不超過130度，電機便不會損壞，而這時表面溫度會在90度以下。 步進電機表面溫度在70-80度都是正常的。簡單的溫度測量方法有用點溫計的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1-2秒以上。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：3步進電機發(fā)熱隨速度變化的情況：步進電機發(fā)熱隨速度變化的情況： 采用恒流驅(qū)動技術(shù)時，步進電機在靜態(tài)和低采用恒流驅(qū)動技術(shù)時，步進電機在靜態(tài)和低速下，電流會維持相對恒定，以保持恒力矩輸速下，電

35、流會維持相對恒定，以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度，電機內(nèi)部反電勢升高，出。速度高到一定程度，電機內(nèi)部反電勢升高，電流將逐步下降，力矩也會下降。因此，因銅電流將逐步下降，力矩也會下降。因此，因銅損帶來的發(fā)熱情況就與速度相關(guān)了。靜態(tài)和低損帶來的發(fā)熱情況就與速度相關(guān)了。靜態(tài)和低速時一般發(fā)熱高，高速時發(fā)熱低。但是鐵損速時一般發(fā)熱高，高速時發(fā)熱低。但是鐵損雖然占的比例較小變化的情況卻不盡然，雖然占的比例較小變化的情況卻不盡然，而電機整個的發(fā)熱是二者之和，所以上述只是而電機整個的發(fā)熱是二者之和，所以上述只是一般情況。一般情況。 電機發(fā)熱雖然一般不會影響電機的壽命，對大多數(shù)客戶來說沒必要理會。 但是，嚴

36、重的發(fā)熱會帶來一些負面影響。如： 電機內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化； 會影響電機的動態(tài)響應(yīng)，高速會容易失步； 有些場合不允許電機的過度發(fā)熱，如醫(yī)療器械和高精度的測試設(shè)備等。因此對電機的發(fā)熱應(yīng)當進行必要的控制。4發(fā)熱帶來的影響：發(fā)熱帶來的影響： 5 5如何減少電機的發(fā)熱如何減少電機的發(fā)熱 減少發(fā)熱，就是減少銅損和鐵損。 減少銅損有兩個方向： 減少電阻和電流，這就要求在選型時盡量選擇電阻小和額定電流小的電機，但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。 對于已經(jīng)選定的電機，則應(yīng)充分利用驅(qū)動器的自動半流控制功能和脫機功能，前者在電機處于靜態(tài)時自動減少電流，后者干脆將電流切斷

37、。 細分驅(qū)動器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機發(fā)熱也會較少。 減少鐵損的辦法不多，電壓等級與之有關(guān)，高壓驅(qū)動的電機雖然會帶來高速特性的提升，但也帶來發(fā)熱的增加。所以應(yīng)當選擇合適的驅(qū)動電壓等級，兼顧高速性，平穩(wěn)性和發(fā)熱，噪音等指標 1.電機不運轉(zhuǎn) 1） 驅(qū)動器無供電電壓 2） 驅(qū)動器保險絲熔斷 3） 驅(qū)動器報警(過電壓、欠電壓、過電流、過熱) 4） 驅(qū)動器與電機連線斷線 5） 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當 6） 驅(qū)動器使能信號被封鎖 7） 接口信號線接觸不良 8） 驅(qū)動器電路故障 9） 電機卡死或者出現(xiàn)故障 10電動機生銹 11指令脈沖太窄、頻率過高、脈沖電平太低七、步進電機常見故障及分析： 2.電機起動

38、后堵轉(zhuǎn) 1指令頻率太高 2負載轉(zhuǎn)矩太大 3加速時間太短 4負載慣量太大 5電源電壓降低 3. 3.電機運轉(zhuǎn)不均勻，有抖動電機運轉(zhuǎn)不均勻，有抖動 1 1） 指令脈沖不均勻指令脈沖不均勻 2 2） 指令脈沖太窄指令脈沖太窄 3 3） 指令脈沖電平不正確指令脈沖電平不正確 4 4） 指令脈沖電平與驅(qū)動器不匹配指令脈沖電平與驅(qū)動器不匹配 5 5） 脈沖信號存在噪聲脈沖信號存在噪聲 6 6） 脈沖頻率與機械發(fā)生共振脈沖頻率與機械發(fā)生共振 4. 4. 電機運轉(zhuǎn)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地搖擺電機運轉(zhuǎn)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地搖擺 1） 指令脈沖頻率與電機發(fā)生共振指令脈沖頻率與電機發(fā)生共振 2） 外部干擾外部干擾 5. 5. 電

39、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 6 . 電機過熱：電機過熱： 1） 工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高 2） 參數(shù)選擇不當，如電流過大，超過參數(shù)選擇不當，如電流過大，超過相電流相電流 3） 電壓過高電壓過高 7. 工作過程中停車： 1） 驅(qū)動電源故障 2） 電動機線圈匝間短路或接地 3） 繞組燒壞 4） 脈沖發(fā)生電路故障 5） 雜物卡住 8. 噪聲大 1） 電機運行在低頻區(qū)或共振區(qū) 2） 純慣性負載、短程序、正反轉(zhuǎn)頻繁 3） 混合式或永磁式轉(zhuǎn)子磁鋼退磁后以單 步運行或在失步區(qū) 9. 失步或者多步 1） 負載過大，超過電

40、動機的承載能力 2） 負載忽大忽小 3） 負載的轉(zhuǎn)動慣量過大，啟動時失步、停車時 過沖 4） 傳動間隙大小不均 5） 傳動間隙產(chǎn)生的零件有彈性變形 6） 電動機工作在震蕩失步區(qū) 7） 電路總清零使用不當 8） 干擾 9） 定、轉(zhuǎn)子相檫 10. 無力或者是出力降低無力或者是出力降低 1） 驅(qū)動電源故障驅(qū)動電源故障 2） 電動機繞組內(nèi)部發(fā)生錯誤電動機繞組內(nèi)部發(fā)生錯誤 3） 電動機繞組碰到機殼，發(fā)生相間短路或電動機繞組碰到機殼，發(fā)生相間短路或者者 線頭脫落線頭脫落 4） 電動機軸斷電動機軸斷 5） 電動機定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過大電動機定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過大 6） 電源電壓過低電源電壓過低 11.不

41、能啟動 1） 工作方式不對 2） 驅(qū)動電路故障 3） 遙控時，線路壓降過大 4） 安裝不正確，或電動機本身軸承、止口等故障使電動機不轉(zhuǎn) 5） N 、S極接錯 6） 長期在潮濕場所存放，造成電動機部分生銹八、步進電機的選擇八、步進電機的選擇 步進電機有步距角涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 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 最最小分辨率當量換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走小分辨率當量換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此多少角度包括減速）。電機的步距

42、角應(yīng)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 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩和摩

43、擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時一般由低速擦負載是不存在的。直接起動時一般由低速時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-32-3倍內(nèi)好，倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來幾何尺寸）下來幾何尺寸） 2 2靜力矩的選擇靜力矩的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩

44、頻特性曲線圖，判運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）斷電機的電流參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I I來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I I 的的1.11.11.31.3倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取一般可取I I 的的1.51.52.02.0倍。倍。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(nèi)調(diào)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： P=

45、M =2n/60 P=2nM/60 其P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓米 P=2fM/400(半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)簡稱PPS) 5電壓的確定電壓的確定混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍比如是一個較寬的范圍比如IM483的供電電壓為的供電電壓為1248VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓

46、的紋波不能超過驅(qū)動器的最大輸入意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。6 6應(yīng)用中的注意點應(yīng)用中的注意點 （2 2步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步 狀態(tài)時振動大。狀態(tài)時振動大。（1 1步進電機應(yīng)用于低速場合步進電機應(yīng)用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超每分鐘轉(zhuǎn)速不超 過過10001000轉(zhuǎn)，（轉(zhuǎn)，（0.90.9度時度時6666PPS)6666PPS)，最好在，最好在1000-1000- 3000PPS(0.9 3000PPS(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

47、，噪音低。在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 （3 3只有標稱為只有標稱為12V12V電壓的電機使用電壓的電機使用12V12V外，其他外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓建議：器選擇驅(qū)動電壓建議：57BYG57BYG采用直流采用直流24V-24V-36V36V，86BYG86BYG采用直流采用直流50V,110BYG50V,110BYG采用高于直流采用高于直流80V80V），當然），當然1212伏的電壓除伏的電壓除12V12V恒壓驅(qū)動外也可恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，以采用其他驅(qū)動電源， 不過要考慮溫升。不過要考慮溫升。 （4 4轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。 （6 6高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機 速度速度, ,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也 可以采用可