步進電機常見故障及處理實用教案

1、華中(Huzhng)數(shù)控一、步進電機常用術語一、步進電機常用術語二、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、控制方式四、步進電機的驅(qū)動電路、控制方式(fngsh)(fngsh)及接線及接線五、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主要(zhyo)(zhyo)內(nèi)容內(nèi)容第1頁/共76頁第一頁，共77頁。 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)。常用磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m m表示表示(biosh)

2、(biosh) 完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞钔瓿梢粋€磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用態(tài)用n n表示表示(biosh)(biosh)，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角，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，有四相四拍運行方所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即式即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.1 1、步進電機、步進電機(dinj)(dinj)的靜態(tài)指的靜態(tài)指標術語標術語 華中(Huzhng)數(shù)控華中數(shù)控一、步進電

3、機常用術語相數(shù)：相數(shù)：拍數(shù)：拍數(shù)：第2頁/共76頁第二頁，共77頁。 電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子(zhun z)(zhun z)自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）及機械誤差造成的） 對應一個脈沖信號，電機對應一個脈沖信號，電機(dinj)(dinj)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用過的角位移用表示。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)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為5050齒電齒電機機(dinj)(dinj)為例：為例： 四拍運行時步距角為：四拍運行時步

4、距角為： =360 =360度度/ /（5050* *4 4）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）度（俗稱半步）度（俗稱半步）華中(Huzhng)數(shù)控步距角：步距角：定位轉(zhuǎn)矩：定位轉(zhuǎn)矩：第3頁/共76頁第三頁，共77頁。 電機在額定靜態(tài)電作用下，電電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。定力矩。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)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，成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安但過份采用減小氣隙

5、，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱會造成電機的發(fā)熱(f r)(f r)及機械及機械噪音。噪音。華中(Huzhng)數(shù)控華中(Huzhng)數(shù)控靜轉(zhuǎn)矩：靜轉(zhuǎn)矩：第4頁/共76頁第四頁，共77頁。2 2、步進電機動態(tài)、步進電機動態(tài)(dngti)(dngti)指標及術語：指標及術語： 步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際(shj)(shj)值與理論值的誤差。用百分比表示：值與理論值的誤差。用百分比表示： 誤差誤差/ /步距角步距角* *100%100%。 不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時

6、應在5%5%之內(nèi)，八拍運行時應在之內(nèi)，八拍運行時應在15%15%以內(nèi)。以內(nèi)。 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。數(shù)。稱之為失步。華中(Huzhng)數(shù)控步距角精度：步距角精度：失步：失步：第5頁/共76頁第五頁，共77頁。 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)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)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負

7、載的情況下，能夠直接起動(q dn(q dn) )的最大頻率。的最大頻率。失調(diào)失調(diào)(shtio)(shtio)角：角：最大空載起動最大空載起動(q dn(q dn) )頻率：頻率：華中數(shù)控第6頁/共76頁第六頁，共77頁。 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電電機在某種驅(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。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電機在某種測試條件下測得運行中輸出(shch)(shch)力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特力矩與頻率關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，也是電機性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也

8、是電機選擇的根本依據(jù)。選擇的根本依據(jù)。最大空載的運行最大空載的運行(ynxng)(ynxng)頻率：頻率：運行運行(ynxng)(ynxng)矩頻特性：矩頻特性：華中數(shù)控第7頁/共76頁第七頁，共77頁。 步進電機均有固定的共振區(qū)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，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上電機驅(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，反之亦然。偏移，反之亦然。 為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)(xtng)(xtng)的噪音降低，一般工作的噪音降低，一般工作點均應偏移共振區(qū)較多。點均應偏移共

9、振區(qū)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()()時為反轉(zhuǎn)。時為反轉(zhuǎn)。電機電機(dinj)(dinj)的共振點：的共振點：電機電機(dinj)(dinj)正反轉(zhuǎn)控制：正反轉(zhuǎn)控制：華中數(shù)控華中數(shù)控第8頁/共76頁第八頁，共77頁。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

10、、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(tgo)驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。華中(Huzhng)數(shù)控第9頁/共76頁第九頁，共77頁。二、步進電機二、步進電機(dinj)(dinj)的分類：的分類：按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)的原理可分為的原理可分為: : 1. 1.反應式步進電機反應式步進電機; ; 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; ;華中(Huzh

11、ng)數(shù)控第10頁/共76頁第十頁，共77頁。 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； 從運動從運動(yndng)(yndng)的型式上可分為：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。華中(Huzhng)數(shù)控第11頁/共76頁第十一頁，共77頁。 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。 具有較好的定位

12、精度， 無漂移和無積累定位誤差的優(yōu)點， 能跟蹤一定頻率范圍(fnwi)的脈沖列， 可作同步電動機使用，廣泛地應用于各種小型自動化設備及儀器。華中(Huzhng)數(shù)控三、工作三、工作(gngzu)(gngzu)原理原理第12頁/共76頁第十二頁，共77頁。1、永磁步進電機(dinj)的結(jié)構(gòu)原理（勵磁式）永磁步進電機的結(jié)構(gòu)(jigu)原理華中(Huzhng)數(shù)控第13頁/共76頁第十三頁，共77頁。2 2、反應式步進電機工作(gngzu)(gngzu)原理CABBACii00tt0it (a) (b) 反應式步進電機(dinj)結(jié)構(gòu)原理圖 華中(Huzhng)數(shù)控第14頁/共76頁第十四頁，共77

13、頁。 下面(xi mian)(xi mian)以反應式步進電機為例說明步進電機的結(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(roz)，每兩個相對的繞組(roz)組成一相。轉(zhuǎn)子有四個齒。定子轉(zhuǎn)子第15頁/共76頁第十五頁，共77頁。CABBCA3412 A相繞組(roz)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。第16頁/共76頁第十六頁，共77頁。CABBCA34121C342CABBA第17頁/共76頁第十七頁，共77頁。 按AB C A 的順序給三相繞組

14、輪流(lnli)通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(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AAB B BC C CA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特性。第18頁/共76頁第十八頁，共77頁。CABBCA3412CABBCA3412 A相通電，轉(zhuǎn)子(zhun z)1、3齒與A、A 對齊。 A、B相同時通電，A、A 磁極拉住1、3齒，B、B 磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子(zhun z)轉(zhuǎn)過15，到達左圖所示位置。第19頁/共76頁第十九頁，共77頁。CABBCA3412 B 相通電，轉(zhuǎn)子(zhun z)2、4齒與B、B 對齊,又轉(zhuǎn)過15。3412

15、CABBCA B、C相同時通電(tng din)，C 、C 磁極拉住1、3齒，B、B 磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15。第20頁/共76頁第二十頁，共77頁。 三相(sn xin)反應式步進電動機的一個通電循環(huán)周期如下：AAB B BC C CA，每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），一個通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90 (齒距角)。 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(xyo)精確定位的控制系統(tǒng)中。 按AB BC CA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電。第21頁/共76頁第二十一頁，共77頁。AB通電CABBCA3412BC通電3412CABBCA

16、CA通電CABBCA3412 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(zhun z)轉(zhuǎn)過30 (步距角)，一個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子(zhun z)轉(zhuǎn)過90(齒距角)。第22頁/共76頁第二十二頁，共77頁。 從以上(yshng)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Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)m 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3 3和 。為了獲得(hud)(hud)小步距角，電機的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，第23頁/共76頁第二十三頁，共77頁。結(jié)構(gòu)(jigu)： 華中(Huzhng)數(shù)控第24頁/共76頁第二十四頁，共77頁。3

17、、混合式步進電機(dinj)原理： 二相混合式步進電機(dinj)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 華中(Huzhng)數(shù)控第25頁/共76頁第二十五頁，共77頁。四、步進電機的驅(qū)動電路四、步進電機的驅(qū)動電路(dinl)(dinl)、控制方式及接線、控制方式及接線1 1、驅(qū)動電路、驅(qū)動電路(dinl)(dinl)： 步進電機繞組的驅(qū)動電路步進電機繞組的驅(qū)動電路(dinl):(dinl): 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(d

18、inl);(dinl); 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(dinl);(dinl); 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(dinl),(dinl),見下圖見下圖.華中(Huzhng)數(shù)控第26頁/共76頁第二十六頁，共77頁。2 2、進電動機繞組、進電動機繞組(roz)(roz)電流控電流控制電路制電路 VDC PWM A + = - = 電流檢測 *i 華中(Huzhng)數(shù)控第27頁/共76頁第二十七頁，共77頁。3 3、控制、控制(kngzh)(kngzh)方式：方式： 步進電機的控制步進電機的控制(kngzh

19、)(kngzh)方式一般可分為開環(huán)控制方式一般可分為開環(huán)控制(kngzh)(kngzh)和反和反饋補償閉環(huán)控制饋補償閉環(huán)控制(kngzh),(kngzh),見下圖見下圖a a和下圖和下圖b. b. 步進電機控制(kngzh)方式方向(fngxing)脈沖步進電機驅(qū)動器步進電機工作臺(a) 開環(huán)控制 比較、補償脈沖脈沖混合器步進電機驅(qū)動器步進電機指令工作臺位置測量(b) 反饋補償閉環(huán)控制華中數(shù)控第28頁/共76頁第二十八頁，共77頁。4 4、步進電機、步進電機(dinj)(dinj)的的接線圖接線圖華中(Huzhng)數(shù)控華中(Huzhng)數(shù)控第29頁/共76頁第二十九頁，共77頁。步進電機與

20、控制器連接框圖流-+12345614715819210311412513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- AC 30V華中(Huzhng)數(shù)控第30頁/共76頁第三十頁，共77頁。華中(Huzhng)數(shù)控華中(Huzhng)數(shù)控百格拉公司步進電機WD3-007WD3-007的面板(min (min bn)bn)接線 第31頁/共76頁第三十一頁，共77頁。控制信號說明：PULSEPULSE：脈沖信號輸入(s

21、hr)(shr)端，每一個脈沖的上升沿使 電動機轉(zhuǎn)動一步。DIRDIR：方向信號輸入(shr)(shr)端，如“DIRDIR”為低電平，電機 按順時針方向旋轉(zhuǎn)； “DIRDIR”為高電平電機按 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。CCWCCW：反轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機反向轉(zhuǎn)動一步。華中(Huzhng)數(shù)控華中(Huzhng)數(shù)控第32頁/共76頁第三十二頁，共77頁。RESETRESET：復位信號，如復位信號為低電平時：復位信號，如復位信號為低電平時, ,輸入脈沖信號輸入脈沖信號起作起作 用，如果復位信號為高電平時就禁止任何有效的脈用，如果復位信號為高電平時就禁止

22、任何有效的脈沖，沖， 輸入信號無效，電機無保持扭矩。輸入信號無效，電機無保持扭矩。READDY: READDY: 輸入報警信號：輸入報警信號：READYREADY是繼電器開關，當驅(qū)動器是繼電器開關，當驅(qū)動器正正 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，電阻性負載。如用該繼電器，要要 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

23、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器輸入到CNCCNC輸輸入入 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。注意：注意：PULSE+PULSE+與與CW+CW+，PULSE-PULSE-與與CW-CW-，DIR-DIR-與與CCW-CCW-對應同對應同一一 個接線個接線(ji xin)(ji xin)口，按控制方式不同給出的兩口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。種定義名稱。華中(Huzhng)數(shù)控第33頁/共76頁第三十三頁，共77頁。 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)

24、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，因此步進電機步距的誤差不會(b hu)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小；氣隙的不均勻程度等。華中(Huzhng)數(shù)控五、五、 步進電機步進電機(dinj)(dinj)的主要特性：的主要特性：1 1、 步距角和步距誤差：第34頁/共76頁第三

25、十四頁，共77頁。 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)。空載時，步進電杌某相通以直流電流時，該相對應的定、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(dio jio),這時轉(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(dio jio)之間關系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。T0步進電機(dinj)矩角特性華中(Huzhng)數(shù)控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)矩特性第35頁/共76頁第三十五頁，共77頁。矩頻特性是用來描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時

26、輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運行頻率之間的關系曲線。矩頻特性曲線上每一頻率所對應的轉(zhuǎn)矩稱為(chn wi)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)繞組串聯(lián)f 步進電機(dinj)矩頻特性華中(Huzhng)數(shù)控3 3、步進電機矩頻特性：第36頁/共76頁第三十六頁，共77頁。4 4、測定步進電機的空載、測定步進電機的空載(kn zi)(kn zi)起動頻起動頻率率: : 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,由世紀星設置步進電機整數(shù)轉(zhuǎn)的位移(例如(lr)1.

27、轉(zhuǎn)脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))和速度,且加減速時間常數(shù)也設置為零.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.華中(Huzhng)數(shù)控第37頁/共76頁第三十七頁，共77頁。 5、啟動(qdng)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)的轉(zhuǎn)動慣量有關，包括步進電動機轉(zhuǎn)子

28、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。在實際應用(yngyng)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(Huzhng)數(shù)控第38頁/共76頁第三十八頁，共77頁。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(tnggu)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

29、。是將磁場進行細分，其控制精度取決于步進電機(dinj)自身精度的高低。不過也可根據(jù)不同廠家的步進電機(dinj)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(dinj)軸輸出的平穩(wěn)性上。華中(Huzhng)數(shù)控6 6、 M535M535步進電機驅(qū)動器細分設置第39頁/共76頁第三十九頁，共77頁。1）按驅(qū)動器前面板表格將細分數(shù)(fnsh)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 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 1

30、6 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(Huzhng)數(shù)控第40頁/共76頁第四十頁，共77頁。2）.步進電機驅(qū)動器的電流選擇，撥碼開關(kigun)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 0 2.9 0 1 0 3.2 1 0 0 3.5 0

31、 0 0華中(Huzhng)數(shù)控第41頁/共76頁第四十一頁，共77頁。 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(qngkung)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(qū)動器帶電的情況(qngkung) 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(gngnng)華中(Huzhng)數(shù)控第42頁/共76頁第四十二頁，共77頁。六、步進電機六、步進電機(dinj)常見問題常見問題 步進電機的細分技術實質(zhì)上是一種電子阻尼(zn)技術

32、（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(zhuǎn)精度只是細分技術的一個附帶功能。比如對于步進角為 的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖，電機的精度能否達到或接近，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。1 1、細分驅(qū)動器的細分數(shù)、細分驅(qū)動器的細分數(shù)(fnsh)(fnsh)是否能代是否能代表精度表精度? ?第43頁/共76頁第四十三頁，共77頁。 步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有(gyu)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

33、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；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、如何克服兩相混合式步進電機在低速(d s)(d s)運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn) 時的振動和噪聲時的振動和噪聲? ?華中(Huzhng)數(shù)控第44頁/共76頁第四十四頁，共77頁。 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

34、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倍，因而時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的倍，因而(yn r)(yn r)電機發(fā)熱小；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電稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的倍，因而流的倍，因而(yn r)(yn r)電機發(fā)熱較大。電機發(fā)熱較大。華中(Huzhng)數(shù)控 3 3、二、二/ /四相混合式步進電機四相混合式步進

35、電機(dinj)(dinj)的使用的使用第45頁/共76頁第四十五頁，共77頁。 將步進電機定子繞改為并聯(lián)(bnglin)接法（注：繞組并聯(lián)(bnglin)后,應將步進電機的電流設置增大一倍,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-D華中(Huzhng)數(shù)控第46頁/共76頁第四十六頁，共77頁。4 4、步進電機(dinj)(dinj)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(yndng)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。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

36、何盡量減小步進電機發(fā)熱呢？華中(Huzhng)數(shù)控第47頁/共76頁第四十七頁，共77頁。1） 步進電機(dinj)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，在交變(jio bin)磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關，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(jio bin)的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且

37、情況比一般交流電機嚴重。華中(Huzhng)數(shù)控第48頁/共76頁第四十八頁，共77頁。 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(chogu)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(hl)范圍：第49頁/共76頁第四十九頁，共77頁。3）步進電機發(fā)熱(f r)隨速度變化的情況： 采用恒流驅(qū)動技術時，步進電機在靜態(tài)和低速下，電流會維持相對恒定，以保持恒力矩輸出

38、。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，因銅損帶來的發(fā)熱(f r)情況就與速度相關了。靜態(tài)和低速時一般發(fā)熱(f r)高，高速時發(fā)熱(f r)低。但是鐵損（雖然占的比例較?。┳兓那闆r卻不盡然，而電機整個的發(fā)熱(f r)是二者之和，所以上述只是一般情況。 華中(Huzhng)數(shù)控第50頁/共76頁第五十頁，共77頁。 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)不同導致結(jié)構(gòu)應力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化； 會影響電機的動態(tài)響應，高速會容易失步； 有些場合不允許電機的過度發(fā)熱

39、，如醫(yī)療器械和高精度的測試設備等。因此對電機的發(fā)熱應當(yngdng)進行必要的控制。4）發(fā)熱(f r)帶來的影響： 華中(Huzhng)數(shù)控第51頁/共76頁第五十一頁，共77頁。5 5）如何減少(jinsho)(jinsho)電機的發(fā)熱 減少發(fā)熱(f r)，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。 細分驅(qū)動器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機發(fā)熱(f r)也會較少

40、。 減少鐵損的辦法不多，電壓等級與之有關，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(f r)的增加。所以應當選擇合適的驅(qū)動電壓等級，兼顧高速性，平穩(wěn)性和發(fā)熱(f r)，噪音等指標華中(Huzhng)數(shù)控第52頁/共76頁第五十二頁，共77頁。 1） 驅(qū)動器無供電電壓(diny) 2） 驅(qū)動器保險絲熔斷 3） 驅(qū)動器報警(過電壓(diny)、欠電壓(diny)、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

41、平太低七、步進電機(dinj)常見故障及分析：第53頁/共76頁第五十三頁，共77頁。 2.電機起動后堵轉(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(dinyun)電壓降低華中(Huzhng)數(shù)控第54頁/共76頁第五十四頁，共77頁。 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(zoshng)(zoshng) 6

42、 6） 脈沖頻率與機械發(fā)生共振脈沖頻率與機械發(fā)生共振華中(Huzhng)數(shù)控第55頁/共76頁第五十五頁，共77頁。 4. 4. 電機運轉(zhuǎn)(ynzhun)(ynzhun)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地搖擺 1） 指令脈沖頻率指令脈沖頻率(pnl)與電機發(fā)生共振與電機發(fā)生共振 2） 外部干擾外部干擾 5. 5. 電機定位(dngwi)(dngwi)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)控第56頁/共76頁第五十六頁，共77頁。 6 . 電機過熱： 1） 工作環(huán)境過于惡劣( li)，環(huán)境溫度過高 2） 參數(shù)選擇不當，如電流過大，超過相電流 3） 電壓過高 華中(Huzhng)數(shù)

43、控第57頁/共76頁第五十七頁，共77頁。 7. 工作過程中停車(tng ch)： 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） 雜物卡住第58頁/共76頁第五十八頁，共77頁。 8. 噪聲大 1） 電機運行在低頻區(qū)或共振區(qū) 2） 純慣性(gunxng)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) 華中(Huzhng)數(shù)控第59頁/共76頁第五十九頁，共77頁。 9. 失步或者多步 1） 負載過大，超過電動機的承載能力 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(tng ch)時 過沖

44、 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)子相檫華中(Huzhng)數(shù)控第60頁/共76頁第六十頁，共77頁。 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(gzhng) 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)生相間短路或者電動機繞組碰到機殼，發(fā)生相間短路或者 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華中(Huzhng)

45、數(shù)控第61頁/共76頁第六十一頁，共77頁。 1） 工作方式不對 2） 驅(qū)動電路故障 3） 遙控(yokng)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華中(Huzhng)數(shù)控第62頁/共76頁第六十二頁，共77頁。八、步進電機八、步進電機(dinj)(dinj)的選擇的選擇 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(xngho)便確定下來了。 華中(Huzhng)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

46、求，將負載的 最最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走小分辨率（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)控第63頁/共76頁第六十三頁，共77頁。 步進電機的動態(tài)力矩一下

47、子很難確定，我們步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是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和摩擦電機工作的負載，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擦負載是負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接不存在的。直接(zhji)(zhji)起動時（一般由低速）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性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。一般情況負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的下，靜力矩

48、應為摩擦負載的2-32-3倍內(nèi)好，靜力矩一倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）尺寸） 華中(Huzhng)數(shù)控2 2）靜力矩）靜力矩(l j)(l j)的選擇的選擇華中數(shù)控第64頁/共76頁第六十四頁，共77頁。 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同(b tn(b tn) )，其運行特性差別很大，可依據(jù)，其運行特性差別很大，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）電源、及驅(qū)動電壓） 供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相供電電源電流一

49、般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流電流I I來確定。如果采用線性電源，電源電流一來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取般可取I I 的倍；如果采用開關電源，電源電的倍；如果采用開關電源，電源電流一般可取流一般可取I I 的倍。的倍。3 3）電流）電流(dinli)(dinli)的選擇的選擇4）力矩與功率(gngl)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，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：一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： P= M P= M =2n/60 P=2nM/60 =2n/60 P=2nM/60 其其P P為功率單

50、位為瓦，為功率單位為瓦，為每為每秒角速度，單位為弧度，秒角速度，單位為弧度，n n為每分鐘轉(zhuǎn)速，為每分鐘轉(zhuǎn)速，M M為力矩單位為力矩單位為牛頓為牛頓米米 P=2fM/400(P=2fM/400(半步工作）半步工作） 其中其中f f為每秒脈沖為每秒脈沖數(shù)（簡稱數(shù)（簡稱PPS) PPS) 華中數(shù)控第65頁/共76頁第六十五頁，共77頁。5）電壓的確定）電壓的確定混合式步進電機驅(qū)動器的供電混合式步進電機驅(qū)動器的供電(ndin)電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如IM483的供電的供電(ndin)電壓為電壓為1248VDC），電），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應要

51、求來源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應要求較快，選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞能超過驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。驅(qū)動器。華中(Huzhng)數(shù)控華中(Huzhng)數(shù)控第66頁/共76頁第六十六頁，共77頁。6 6）應用）應用(yngyng)(yngyng)中的注意點中的注意點 （2 2）步進電機最好不使用）步進電機最好不使用(shyng)(shyng)整步狀態(tài)，整步整步狀態(tài)，整步 狀態(tài)時振動大。狀態(tài)時振動大。（

52、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(zhuǎn)速不超每分鐘轉(zhuǎn)速不超 PPS)PPS)，最好在，最好在1000-1000- 3000 3000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 在此間在此間(cjin)(cjin)工作，此時電機工作效率高，噪工作，此時電機工作效率高，噪音低。音低。 華中數(shù)控第67頁/共76頁第六十七頁，共77頁。（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，外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動其他電機的電壓值不是驅(qū)動(q dn(q dn) )電電壓伏值壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動，可根據(jù)驅(qū)動(q dn(q d

53、n) )器選擇驅(qū)器選擇驅(qū)動動(q dn(q dn) )電壓（建議：電壓（建議：57BYG57BYG采用直流采用直流24V-36V24V-36V，86BYG86BYG采用直流采用直流50V,110BYG50V,110BYG采用高采用高于直流于直流80V80V），當然），當然1212伏的電壓除伏的電壓除12V12V恒壓驅(qū)恒壓驅(qū)動動(q dn(q dn) )外也可以采用其他驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動(q (q dndn) )電源，電源， 不過要考慮溫升。不過要考慮溫升。 （4 4）轉(zhuǎn)動慣量大的負載應選擇大機座）轉(zhuǎn)動慣量大的負載應選擇大機座(j zu)(j zu)號電機。號電機。 華中(Huzhng)數(shù)

54、控第68頁/共76頁第六十八頁，共77頁。（6 6）高精度時，應通過）高精度時，應通過(tnggu)(tnggu)機械減速、機械減速、提高電機提高電機 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 可以采用可以采用5 5相電機。相電機。（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 工作速度工作速度(sd)(sd)起動，而采用逐漸升頻提起動，而采用逐漸升頻提速：速： 一電機不失步，一電機不失步， 二可以減少噪音同時可以提高停止的定二可以減少噪音同時可以提高停止的定 位精度。位精度。 華中(Huzhng)數(shù)控第69頁/共76頁第六十九頁，共77頁。7 7）電機）電機(di