步进电机及驱动常见故障分析与处理ppt课件.ppt

1、步进驱动系统原理常见故障分析与处理，1，1，步进电机的工作原理由于步进电机是以数字脉冲为轴步进一步角增量，步进电机可以简单地将电脉冲转换为角位移，定位精度好，漂移小2 .步进电机的分类：根据产生扭矩的原理可分为： 1 .反应式步进电机2 .永磁式步进电机3 .混合型步进电机可变磁阻式步进电机与反应式步进电机都是该电动机结构简单，步进角永磁式步进电动机的转子铁心上安装有多个永磁铁，转子的旋转和定位固定，转子间的电磁引力和磁铁磁力协同作用。 与反应式步进电机相比，相同体积的永磁式步进电机的转矩大，步进角也大。 混合式步进电动机结合了反应式步进电动机和永磁式步进电动机的优点，采用永磁铁提高了电动机的

2、转矩，采用致密的极齿缩小了步进角，现在在数控机床中应用最广泛，3、步进电动机的输出1 .高速步进电动机2 .功率步进电动机高速步进电动机的连续工作频率高，输出转矩小。 动力步进电动机的输出转矩比较大，与数控机床一样采用动力步进电动机。 电流的极性可以分为： 1 .单极性步进电机2 .双极性步进电机，4 .控制线圈的数量可以分为： 1 .两相步进电机2 .三相步进电机3 .四相步进电机4 .五相2 .直线步进电动机。 3 .平面步进电机。 驱动电路：步进电机绕组的驱动电路，单极性电流一般采用下图的双管串联电路，双极性电流一般采用下图的h桥电路的三相混合型步进电机有三相逆变桥电路，6，(2)步进电

3、机绕组电流控制电路，7，(3) 控制方式：步进电动机的控制方式通常分为开环控制和反馈补偿闭环控制(a )开环控制、开环控制、开环控制、反馈补偿闭环控制您可以选择：您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择、您可以选择。 可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、可以选择、P1，P2，步进驱动器，mm，百格拉公司步进电动机WD3-007的面板接线图，10，控制信号定义，PULSE :脉冲信号输入端，在每个脉冲的上升沿使电动机进一步旋转。 DIR :方向

4、信号输入端，“DIR”为低电平时，电机按时间修正方向旋转，“DIR”为高电平电机按反时间修正方向旋转。 CW :按正转信号、脉冲使电机正转。 CCW :使信号反转，每个脉冲使电机反转。 RESET :复位信号为低电平时，输入脉冲信号动作，复位信号为高电平时，有效脉冲全部被禁止，输入信号无效，电机没有保持转矩。 READDY:输入警报信号： READY为继电器开关，驱动器正常动作时继电器闭合，驱动器异常动作时继电器打开。继电器的允许最高输入电压和电流为35VDC、10mAI200mA、电阻性负载。 使用该继电器时，请与有CNC的输入端子串联连接。 在驱动器正常动作时，继电器闭合，外部24VDC通

5、过继电器输入到CNC输入端子，否则外部24VDC不输入到CNC输入端子。 注： PULSE和CW、PULSE-和CW-、DIR-和CCW-对应同一端口，根据控制方式不同，被赋予两个不同的定义名称。 11、(1)步进角和步进误差：转子按步进旋转的空间机械角度，即步进角=360/z*n(z-转子齿数，N-游离数)。 步进电动机每前进一步，转子的实际角位移与设定修正的步进角存在步进误差。 如果连续进行几个步骤，则上述误差为累计值。 转子旋转一周后，会移动到前旋转的稳定位置，因此步进电机的步进距离误差不会长时间积累。 步进电动机步距的累积误差是步进距离在一个转角范围内的累积误差的最大值，步进误差和累积

6、误差用通常的百分比、差或步进角来表示。 影响阶跃误差和累积误差的主要原因是：齿和磁极的分度精度即铁心的重叠以及组装精度各相的力矩角特性之间的差异大的气隙的不均匀度等。 4 .步进马达的主要特性：12，(2)静态扭矩角特性和最大静态扭矩特性：静态是指马达不改变通电状态，转子不动时的动作状态。 空载时，如果通过步进电流变为直流电流，则对应的固定、转子齿齐全，此时转子上没有转矩输出。 当对马达轴施加顺时针方向的负荷扭矩时，步进马达的转子顺时针方向旋转小角度，称为失步角，此时，转子电磁扭矩t与负荷扭矩相等。 转矩角特性称为描述步进电机稳定时的电磁转矩与失步角的关系的曲线，或者称为静转矩特性。 在负载转

7、矩ML=0的条件下，t、0、图10的步进电动机的转矩角特性、13、(3)起动习惯频率特性是步进电动机从静止状态突然起动，不下降而进入正常运转状态位置的起动频率与机械系统的惯性矩有关启动频率与负载转动惯量的关系如下图所示。 随着负载惯量的增加，启动频率下降。 如果同时存在负载转矩ML，则启动频率进一步降低。 在实际应用中，由于ML的存在，可采用的起动频率低于习惯频率特性。 14、(4)步进电机的转矩特性：转矩特性是用于描述步进电机连续稳定运转时的输出转矩写入连续运转频率间的关系的曲线。 与转矩特性曲线上的每个频率对应的转矩称为动态转矩。 动态转矩除了步进电机的结构和材料之外，与步进电机的绕组连接

8、、驱动电路、驱动电压也有密切的关系。 下图为混合步进电机连续运行时的典型转矩特性曲线。t，0，Nm，绕组并联，绕组串联，f，步进电机转矩特性，15， (1) .电机不动作： 1 2 .驱动器保险丝熔断3 .驱动器警报(过电压、欠电压、过电流、过热) 4 .驱动器和电机的连接断线5. HNC-21轴残奥表的设定不正确6 .驱动器使能信号被封锁了7 .接口信号线的接触不良8 .驱动器电路的故障9 .电机固着或故障10 .电机生锈11 .指令脉冲狭窄5 .步进电机常见故障分析：16，(2) .电机启动后的锁定1 .指令频率过高2 .负载转矩过大3 .加速时间过短4 .负载惯量过大5 .直流电源电压下

9、降。 17、(3) .电机运行不均匀，有抖动1 .指令脉冲不均匀2 .指令脉冲过窄3 .指令脉冲电平不正确4 .指令脉冲电平与驱动器不一致5 .脉冲信号有噪声6 .脉冲频率与机械共振。18、(4) .电机运行不规则，正反旋转晃动，1 .指令脉冲频率与电机共振2 .干扰。 (5) .电机定位不正确，1 .加减速时间过小2 .有干扰干扰3 .系统屏蔽不良。 19、(6) .电机过热：1.工作环境太差，环境温度过高2 .残奥表选择不当，电流过大超过相电流3 .电压过高。 动作中停车：1.驱动电源故障； 2 .电机线圈匝间的短路或接地3 .绕组烧损4 .脉冲发生电路故障5 .垃圾堵塞。 21、(8) .噪声大：1.低频谐振区域； 2 .纯惯性负载，正反转频繁，22，(9) .失步或多步：1.负载过大，超过电动机的负载能力2 .负载突然增大或减小3 .负载的惯性矩过大，启动失步， 停车时的过冲4 .传动间隙的大小不均匀5 .传动间隙中产生的零件有