步进电机及驱动常见故障分析与处理

1、步进传动系统原理中常见故障的分析与处理：1 .步进电机的工作原理步进电机是一种能沿轴线以一个步进角增量步进数字脉冲的步进电机。因此，步进电机可以方便地将电脉冲转化为角位移，具有定位精度好、无漂移、无累积定位误差的优点，可以跟踪一定频率范围内的脉冲序列，可以作为同步电机使用，广泛应用于各种小型自动化设备和仪器中。步进电机的分类：根据产生转矩的原理，可分为： 1。反应式步进电机；2.永磁步进电机；3.混合式步进电机；可变磁阻步进电机也称为无功步进电机。其工作原理是通过改变定子和转子的软钢齿之间的电磁引力来改变定子和转子的相对位置。这种电机结构简单，步距角小。永磁步进电机的转子铁芯上有许多永磁体。转

2、子的旋转和定位受到定子和转子之间的电磁引力以及磁体的磁力的影响。与反应式步进电机相比，相同体积的永磁步进电机具有更大的转矩和更大的步距角。混合式步进电机结合了反应式步进电机和永磁步进电机的优点。它使用永磁体来增加电机的扭矩，使用细极齿来减小步进角。它是目前数控机床上使用最广泛的步进电机。根据步进电机的输出转矩，可分为：1 .快速步进电机2。功率步进电机快速步进电机连续工作频率高，输出转矩小。功率步进电机的输出转矩相对较大，通常用于数控机床。从电流的极性来看，它可以分为： 1。单极步进电机；2.双极步进电机可分为： 1。两相步进电机；2.三相步进电机；3.四相步进电机；4.五相步进电机；5.六相

3、步进电机；从运动类型来看，可以分为：1 .旋转步进电机。2.直线步进电机。3.平面步进电机。步进电机的驱动电路、控制方式和接线图(1)。驱动电路：步进电机绕组驱动电路，单极电流一般采用双管串联电路以下，双极电流一般采用H桥电路以下；对于三相混合式步进电机，采用三相逆变桥电路。(2)步进电机绕组电流控制电路。(3)控制方式：步进电机控制方式一般可分为开环控制和反馈补偿闭环控制，如下图A和图B所示。、方向、脉冲、步进电机驱动器、步进电机。(a)开环控制、比较和补偿脉冲、脉冲混合器、步进电机驱动器、步进电机、指令、1、2、3、4、5、6、14、7、15、8、1、9、2、10、3、11、4、12、5

4、Pul、Pul-dir、dir-、P1、p2、步进驱动器、ms 535、b、d、a、c、b、d、adir:方向信号输入端，如果“DIR”为低电平，电机顺时针旋转；“方向”表示高级电机逆时针旋转。顺时针：正转信号，每个脉冲使电机正转一步。逆时针：反转信号，每个脉冲使电机反转一步。复位：复位信号，如果复位信号为低电平，输入脉冲信号生效；如果复位信号为高电平，则禁止任何有效脉冲，输入信号无效，电机没有保持转矩。READDY:输入报警信号：READY是一个继电器开关，当驾驶员正常工作时关闭，当驾驶员异常工作时打开。继电器的最大允许输入电压和电流为：35伏直流，10毫安200毫安，阻性负载。如果使用继电

5、器，将其串联到数控系统的输入端。当驱动器正常工作时，继电器闭合，外部24V直流通过继电器输入数控输入，否则外部24V直流不能输入数控输入。注：脉冲和连续波、脉冲和连续波、方向和连续波对应于同一个连接端口，这与根据控制模式给出的两个定义名称不同。(1)步距角和步距误差：转子每转一步的空间机械角度，即步距角=360/Z * N，其中Z为转子齿数，N为运转节拍数。对于步进电机的每一步，在转子的实际角位移和设计的步距角之间存在步距误差。当连续采取几个步骤时，上述误差形成一个累积值。转子旋转一次后，返回到前一次旋转的稳定位置，因此步进电机的步进误差不会长时间积累。步进电机步距累计误差是指一周内步距累计误

6、差的最大值。步距误差和累积误差通常以度、分或步距角的百分比表示。影响步进误差和累积误差的主要因素是：齿和磁极的分度精度；铁芯叠片和装配精度；各相的力矩和角度特性之间的差异；空气间隙的不均匀程度等。步进电机的主要特性：(2)静态转矩特性和最大静态转矩特性：静态是指电机不改变通电状态，转子不运动时的工作状态。当没有负载时，当某个步进电机接入DC电流时，相应的定子和转子齿对准，转子就没有转矩输出。如果将顺时针方向的负载扭矩加到电机轴上，步进电机的转子就会顺时针转动一个小角度，这就是所谓的失准角。此时，转子的电磁转矩t等于负载转矩。转矩角特性是描述步进电机稳态时电磁转矩与失准角之间关系的曲线，或静态转

7、矩特性。图10步进电机的力矩和角度特性(三)起动恒定频率特性。在负载转矩ML=0的情况下，步进电机突然从静止状态启动，进入正常运行状态，没有失步，称为启动频率或跳跃频率。如果超过该值，则不能正常启动。启动频率与机械系统的转动惯量有关，包括步进电机转子的转动惯量，加上转换为步进电机轴的其他运动部件的转动惯量。下图显示了起动频率和负载惯性矩之间的关系。随着负载惯量的增加，启动频率降低。如果同时有负载扭矩m1；启动频率将进一步降低。在实际应用中，由于最大似然比的存在，适用的启动频率低于惯性频率。(4)步进电机的矩频特性：矩频特性用来描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。对应于转

8、矩-频率特性曲线上每个频率的转矩称为动态转矩。除了步进电机的结构和材料外，动态转矩还与步进电机的绕组连接、驱动电路和驱动电压密切相关。下图是混合式步进电机连续运行的典型矩频特性曲线。T，0，Nm，并联绕组，串联绕组，f，步进电机转矩-频率特性，(1)。电机不运行：1。驱动器没有DC电源电压；2.司机的保险丝烧断了；3.驱动器警报(过压、欠压、过流、过热)；4.驱动器和电机之间的连接断开；5.HNC-21轴参数设置不当；6.驱动器使能信号被阻断；7.接口信号线接触不良；8.驱动电路故障9。电机卡滞或故障10。马达生锈了。命令脉冲太窄，频率太高，脉冲电平太低。5.步进电机常见故障及分析：(2)。起

9、动1后，电机被锁定。命令频率太高；2.负载扭矩太大；3.加速时间太短；4.负载惯性太大(4)电机运转不规律，前后摆动；1.指令脉冲频率与电机共振；2.外部干扰。(5)电机定位不准确，1。加速和减速时间太小；2.有干扰噪音；3.这个系统屏蔽得很差。电机1过热。工作环境太差，环境温度太高；2.参数选择不当，如电流过大超过相电流；3.电压太高了。工作时停止：1 .驱动电源故障；2.电机线圈匝间短路或接地；3.绕组烧坏；4.脉冲发生电路有故障；5.杂物卡住了。(8)。噪音大：1。低频共振区；2.纯惯性负载和频繁的正反转；(9)。失步或多步：1。负载过大，超出了电机的承载能力；2.负载有大有小；3.负载的转动惯量太大，停止时启动不同步，超调；4.变速器间隙不