8 步进电机常见故障及处理.ppt

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1、华中华中数控数控 步进电机步进电机华中数控孙海亮孙海亮华中华中数控数控华中数控一、步进电机常用术语一、步进电机常用术语二、步进电机的分类二、步进电机的分类三、工作原理三、工作原理四、步进电机的驱动电路、控制方式及接线四、步进电机的驱动电路、控制方式及接线五、五、步进电机的主要特性：步进电机的主要特性：六、步进电机常见问题六、步进电机常见问题七、步进电机常见故障及分析：七、步进电机常见故障及分析：八、步进电机的选择八、步进电机的选择主要内容主要内容华中华中数控数控1 1、步进电机的静态指标术语步进电机的静态指标术语 产生不同对极产生不同对极N N、S S磁场的激磁线圈对数。常用磁场的激磁线圈对数

2、。常用m m表示表示 完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-ABAB-BC-CD-DA-AB，四相四相八拍运行方式即八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.华中数控华中数控一、步进电机常用术语相数：相数：拍数：拍数：华中华中数控数控 电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩电机在不通电状态下，电机转子

3、自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）华中数控步距角：步距角：定位转矩：定位转矩：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用用表示。表示。=360=360度度/（转子齿数（转子齿数J*J*运行拍数），运行拍数），以常规二、四相，转子齿为以常规二、四相，转子齿为5050齿电机为例：齿电机为例：四拍运行时步距角为：四拍运行时步距角为：=360=360度度/（50*450*4）=1.8=1.8度（俗称整步）度（俗称整步）八拍运行时步距角：八拍运行时步距角：=360=360度度/（50*850*8）=0.9=0.9

4、度（俗称半步）度（俗称半步）华中华中数控数控 电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。动时，电机转轴的锁定力矩。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。成电机的发热及机械噪音。华中数控华中数控静转矩：静转矩：华中华中数控数控2 2、步进电机动态指标及术语：步进电机动态指标及术语：步进电机每转过一个步距角的实步

5、进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：际值与理论值的误差。用百分比表示：误差误差/步距角步距角*100%*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%5%之内，八拍运行时应在之内，八拍运行时应在15%15%以内。以内。电机运转时运转的步数，不等于理电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步论上的步数。称之为失步。华中数控步距角精度：步距角精度：失步：失步：华中华中数控数控 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细

6、分驱动是不能解决的。差，采用细分驱动是不能解决的。电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。负载的情况下，能够直接起动的最大频率。失调角：失调角：最大空载起动频率：最大空载起动频率：华中数控华中华中数控数控 电机在某种驱动形式，电压及额定电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。电流下，电机不带负载的最高转速频率。电机在某种测试条件下测得运行中输电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的

7、，也是电机选择是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。的根本依据。最大空载的运行频率：最大空载的运行频率：运行矩频特性：运行矩频特性：华中数控 步进电机均有固定的共振区域步进电机均有固定的共振区域 电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然。电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然。为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。当电机绕组通电时序为当电机绕组通电时序为AB-BC-AB-BC-

8、CD-DACD-DA或或()()时为正转，通电时序为时为正转，通电时序为DA-CA-BC-DA-CA-BC-ABAB或或()()时为反转。时为反转。电机的共振点：电机的共振点：电机正反转控制：电机正反转控制：华中数控华中数控其它特性还有惯频特性、起动频率特性等其它特性还有惯频特性、起动频率特性等 电机一旦选定，电机的静力矩确定，电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的运行时的平均电流平均电流（而非静态电流），平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越越大，电机输出力矩越大，即电

9、机的频率特性越硬。硬。其中，曲线其中，曲线3 3电流最大、或电压最高电流最大、或电压最高;曲线曲线1 1电电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。的最大速度点。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。采用小电感大电流的电机。华中数控二、步进电机的分类：二、步进电机的分类：按转矩产生的原理可分为按转矩产生的原理可分为:1.1.反应式步进电机反应式步进电机;2.2.永磁式步进电机永磁式步进电机;3.3.混合式步进电机；混合式步进电机；从电流的极性上可分为从电流的极性上可分为:1.

10、1.单极性步进电机单极性步进电机;2.2.双极性步进电机双极性步进电机华中数控 从从控制绕组数量上可分为控制绕组数量上可分为:1.1.二相步进电机二相步进电机;2.2.三相步进电机三相步进电机;3.3.四相步进电机四相步进电机;4.4.五相步进电机五相步进电机;5.5.六相步进电机；六相步进电机；从运动的型式上可分为：从运动的型式上可分为：1.1.旋转步进电机。旋转步进电机。2.2.直线步进电机。直线步进电机。3.3.平面步进电机平面步进电机。华中数控 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置。械角位移的电磁机械装置。具有较好的定位精度，具

11、有较好的定位精度，无漂移和无积累定位误差的优点，无漂移和无积累定位误差的优点，能跟踪一定频率范围的脉冲列，能跟踪一定频率范围的脉冲列，可作同步电动机使用，广泛地应用于各种小型自可作同步电动机使用，广泛地应用于各种小型自动化设备及仪器。动化设备及仪器。华中数控三、工作原理三、工作原理1、永磁步进电机的结构原理（、永磁步进电机的结构原理（励磁式励磁式）永磁步进电机的结构原理华中数控2 2、反应式步进电机工作原理、反应式步进电机工作原理 (a)(b)反应式步进电机结构原理图 华中数控 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。结构和工作原理。三相反应

12、式步进电动机的原理结构图三相反应式步进电动机的原理结构图三相反应式步进电动机的原理结构图三相反应式步进电动机的原理结构图如下：如下：ABCIAIBIC 定子内圆周定子内圆周均匀分布着六个均匀分布着六个磁极，磁极上有磁极，磁极上有励磁绕组，每两励磁绕组，每两个相对的绕组组个相对的绕组组成一相。转子有成一相。转子有四个齿。四个齿。定子定子转子转子1)1)1)1)三相单三拍三相单三拍三相单三拍三相单三拍CABBCA3412 A相绕组通电，相绕组通电，B、C相相不通电。由于在磁场作用下，不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，小的位置，故在这

13、种情况下，转子必然转到左图所示位置：转子必然转到左图所示位置：1、3齿与齿与A、A极对齐。极对齐。CABBCA3412 同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C相通电时，转子相通电时，转子再转过再转过30 角，角，1、3齿和齿和C、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。1C342CABBA 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。以称为三相单三拍工作方式。按按AB C

14、 A 的顺序给三相绕组的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过过30(步距角步距角)，每个通电循环周期，每个通电循环周期(3拍拍)转过转过90(一个齿距角一个齿距角)。2)2)三相六拍三相六拍三相六拍三相六拍 按按AAB B BC C CA的顺序给三相的顺序给三相绕组轮流通电。绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制这种方式可以获得更精确的控制特性。特性。CABBCA3412CABBCA3412 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，

15、B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，齿，转子转转子转过过15，到达左图到达左图所示位置。所示位置。CABBCA3412 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐,又转又转过过15。3412CABBCA B、C相同时通电，相同时通电，C、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15。三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周期(

16、6拍拍)转子转过转子转过90 (齿距角齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确定位的控制系统中。3.3.三相双三拍三相双三拍三相双三拍三相双三拍 按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电电。每拍有两相绕组同时通电。AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转

17、过30 (步距角步距角)，一一个通电循环周期个通电循环周期(3拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。从以上对步进电机三种驱动方式的分析可从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：得步距角计算公式：步距角步距角Zr 转子齿数转子齿数m 每个通电循环周期的拍数每个通电循环周期的拍数 实用步进电机的步距角多为实用步进电机的步距角多为3 和和1.5 。为。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，的，结构：结构：华中数控3、混合式步进电机原理：、混合式步进电机原理：二相混合式步进电机结构原理图华中数控四、步进电机的驱动电路、控制方式及接

18、线四、步进电机的驱动电路、控制方式及接线1 1、驱动电路：驱动电路：步进电机绕组的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单极性电流一般采用下图 a双管串联电路双管串联电路;双极性电流一般采用下图双极性电流一般采用下图 b的的H H桥电路桥电路;三相混合式步进电机则采用三相逆变桥电路三相混合式步进电机则采用三相逆变桥电路,见下图见下图.c.华中数控2、进电动机绕组电流控制电路华中数控3 3、控制方式：、控制方式：步进电机的控制方式一般可分为开环控制和反馈补偿闭环控制,见下图a和下图b.步进电机控制方式方向脉冲步进电机驱动器步进电机驱动器步进电机步进电机工作台工作台(a)开环控制

19、比较、补偿脉冲比较、补偿脉冲脉冲混合器脉冲混合器步进电机驱步进电机驱动器动器步进电机步进电机指令指令工作台工作台位置测量位置测量(b)反馈补偿闭环控制华中数控4 4、步进电机的接线图、步进电机的接线图华中数控华中数控步进电机与控制器连接框图流-+12345614715819210311412513世纪星世纪星HNC-21XS30A+A-B+B-Z+Z-+5V+5VGNDGNDCP+CP-DIR+DIR-PUL+PUL-DIR+DIR-P1P2步进驱动器MS535BDACBDAC电机57HS13混合步进电机A+A-B+B-AC 30V华中数控华中数控华中数控百格拉公司步进电机百格拉公司步进电机W

20、D3-007WD3-007的面板接线的面板接线 控制信号说明：控制信号说明：PULSEPULSE：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使 电动机转动一步。电动机转动一步。DIRDIR：方向信号输入端，如方向信号输入端，如“DIR”DIR”为低电平，电机为低电平，电机 按顺时针方向旋转；按顺时针方向旋转；“DIR”DIR”为高电平电机为高电平电机按按 逆时针方向旋转。逆时针方向旋转。CWCW：正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。CCWCCW：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。华中数

21、控华中数控RESETRESET：复位信号，如复位信号为低电平时复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作输入脉冲信号起作 用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。输入信号无效，电机无保持扭矩。READDY:READDY:输入报警信号：输入报警信号：READYREADY是继电器开关，当驱动器正是继电器开关，当驱动器正 常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器 断开。继电器允许最高输入电压和电流是：断开。继电器允许最高输入电压和电流是：3535VDCVDC，1

22、0mAI200mA 10mAI200mA，电阻性负载。如用该继电器，要电阻性负载。如用该继电器，要 把他串联到把他串联到CNCCNC的某输入端。当驱动器正常工作时的某输入端。当驱动器正常工作时 继电器闭合，外部继电器闭合，外部2424VDCVDC通过继电器输入到通过继电器输入到CNCCNC输入输入 端，否则外部端，否则外部2424VDCVDC无法输入到无法输入到CNCCNC输入端。输入端。注意：注意：PULSE+PULSE+与与CW+CW+，PULSE-PULSE-与与CW-CW-，DIR-DIR-与与CCW-CCW-对应同一对应同一 个接线口，按控制方式不同给出的两种定义名称。个接线口，按控

23、制方式不同给出的两种定义名称。华中数控 转子每步转过的空间机械角度，即步距角转子每步转过的空间机械角度，即步距角为为 =360=360/Z*N/Z*N其中其中 Z-Z-转子齿数，转子齿数，N-N-运行拍数。运行拍数。步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回至上一转的稳定位置，因此步进电机步距的误差不会长期积累。步进电机步距的积累误差，是指一转范围内步距积累误差的最大值，步距误差和积累误差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影响步距误差和积累误差的主要因素有:齿与磁极的分度精度；铁心迭压及装配精度；各相矩角特性之间差别

24、的大小；气隙的不均匀程度等。华中数控五、五、步进电机的主要特性：步进电机的主要特性：1 1、步距角和步距误差：步距角和步距误差：所谓静态是指电机不改变通电状态，转子不动时的工作状态。空载时，步进电杌某相通以直流电流时，该相对应的定、转子齿对齐，这时转子无转矩输出。如在电机轴上加一顺时针方向的负载转矩，步进电机转子则按顺时针方向转过一个小角度，称为失调角,这时转子电磁转矩T与负载转矩相等。矩角特性是描述步进电机稳态时，电磁转矩与失调角之间关系的曲线，或称为静转矩特性。T0步进电机矩角特性华中数控2 2、静态矩角特性和最大静转矩特性、静态矩角特性和最大静转矩特性矩频特性是用来描述步进电机连续稳定运

25、行时输出转矩写连续运行频率之间的关系曲线。矩频特性曲线上每一频率所对应的转矩称为动态转矩。动态转矩除了和步进电机结构及材料有关外，还写步进电机绕组连接、驱动电路、驱动电压有密切的关系。下图是混合式步进电机连续运行时的典型的矩频特性曲线。T0Nm绕组并联绕组并联绕组串联绕组串联f 步进电机矩频特性华中数控3 3、步进电机矩频特性：、步进电机矩频特性：4、测定步进电机的空载起动频率:拆去光电编码器,让步进电机空载,在步进电机轴伸处作一标记,由世纪星设置步进电机整数转的位移(例如1.转脉冲数/转)和速度,且加减速时间常数也设置为零.步进电机处于锁定状态下,执行上述命令,步进电机突然起动并突然停止,从

26、轴伸标记判断步进电机是否失步.若起动成功,则提高速度参数再测试,直至某一临界速度,并由此速度换算为步数/秒,即为电机的空载起动频率.华中数控5、启动惯频特性启动惯频特性 在负载转矩ML=0的条件下，步进电动机由静止状态突然启动，不丢步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，称为启动频率或突跳频率，超过此值就不能正常启动。启动频率与机械系统的转动惯量有关，包括步进电动机转子的转动惯量，加上其它运动部件折算至步进电动机轴上的转动惯量。下图表示启动频率与负载转动惯量之间的关系。随着负载惯量的增加，起动频率下降。若同时存在负载转矩ML；则起动频率将进一步降低。在实际应用中，由于ML的存在，可采用的启动

27、频率要比惯频特性还要低。华中数控本驱动器提供2-256细分，在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。可以讲细分驱动器是将脉冲拍数进行细分或将旋转磁场进行数字化处理。可以讲细分驱动器是将脉冲拍数进行细分或将旋转磁场进行数字化处理。是将磁场进行细分，其控制精度取决于步进电机自身精度的高低。不过也可根据是将磁场进行细分，其控制精度取决于步进电机自身精度的高低。不过也可根据不同厂家的步进电机进行修正，但这不是一般驱动器生产厂家所能做到的。因此不同厂家的步进电机进行修正，但这不是一

28、般驱动器生产厂家所能做到的。因此细分驱动器往往用在减少噪音和提高电机轴输出的平稳性上。细分驱动器往往用在减少噪音和提高电机轴输出的平稳性上。华中数控6 6、M535M535步进电机驱动器细分设置步进电机驱动器细分设置1）按驱动器前面板表格将细分数设置为16,将电机设置为57HS13步进电动机的额定电流.拨码开关细分数 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

29、0 0 0 256 1 1 0 0 0 0 0 0华中数控2）.步进电机驱动器的电流选择，拨码开关1、2、3可以选择驱动器的电流大小，下表不同的拨码方式对应的电流大小也不同，通过下表可以看出其对应关系，拨码开关 电流 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华中数控 步进电机由于静止时的电流很大，所以一般驱动器都提供半流功能，（1）.首先将半流功能打开，让驱动器带电的情况下静止30分 钟，测出此时的电机温度，并记录下来 （2）.待电机冷却后，将半流功能关

30、闭，让驱动器带电的情况 下静止30分钟，测出此时的电机温度，并记录下来，与 上次所测的温度进行比较7、半流功能华中数控六、步进电机常见问题六、步进电机常见问题 步步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为比如对于步进角为1.8 的两相混合式步进电机，如果细分的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为驱动器的细分数设置为

31、4，那么电机的运转分辨率为每个脉，那么电机的运转分辨率为每个脉冲冲0.45，电机的精度能否达到或接近，电机的精度能否达到或接近0.45，还取决于细分，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。1 1、细分驱动器的细分数是否能代表精度、细分驱动器的细分数是否能代表精度?步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服：一般可采用以下方案来克服：A.A.如步进电机正好

32、工作在共振区，可通过改变减速比等机如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区；械传动避开共振区；B.B.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；方法；C.C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；D.D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；成本较高；E.E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。械结构改变较大。2

33、 2、如何克服两相混合式步进电机在低速运转、如何克服两相混合式步进电机在低速运转 时的振动和噪声时的振动和噪声?华中数控 如果由两相驱动器来驱动，连接时可以采用串如果由两相驱动器来驱动，连接时可以采用串联接法或并联联接法或并联接法将四相电机接成两相使用接法将四相电机接成两相使用;串联接法一般在电机转速较低的场合使用，此串联接法一般在电机转速较低的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.70.7倍，因倍，因而电机发热小；而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流

34、为电机相称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的电流的1.41.4倍，因而电机发热较大。倍，因而电机发热较大。华中数控 3 3、二、二/四相混合式步进电机的使用四相混合式步进电机的使用 将步进电机定子绕改为并联接法（注：绕组并联后,应将步进电机的电流设置增大一倍,才不至于降低了低频段的输出转矩。）A+A-B+B-A+A-C-CB+B-D-D华中数控4、步进电机发热及处理对策 步进电机作为一种数字式执行元件，在步进电机作为一种数字式执行元件，在运动控制系统中得到广泛的应用。许多用户朋运动控制系统中得到广泛的应用。许多用户朋友在使用步进电机的时候，感觉电机工作时有友在使用步进电机的时候，

35、感觉电机工作时有较大的发热。较大的发热。实际上发热是步进电机的一个普遍现象，实际上发热是步进电机的一个普遍现象，但怎样的发热程度才算正常，以及如何尽量减但怎样的发热程度才算正常，以及如何尽量减小步进电机发热呢？小步进电机发热呢？华中数控1）步进电机为什么会发热 对于各种步进电机而言，内部都是由铁芯和绕组线圈组对于各种步进电机而言，内部都是由铁芯和绕组线圈组成的。成的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，的平方成正比，这就是我们常说的铜损，铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其铁心有磁滞涡流

36、效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。流电机严重。华中数控电机发热允许到什么程度，主要取

37、决电机发热允许到什么程度，主要取决于电机内部绝缘等级。于电机内部绝缘等级。内部绝缘性能在高温下（内部绝缘性能在高温下（130130度以上）度以上）才会被破坏。所以只要内部不超过才会被破坏。所以只要内部不超过130130度，度，电机便不会损坏，而这时表面温度会在电机便不会损坏，而这时表面温度会在9090度以下。度以下。步进电机表面温度在步进电机表面温度在70-8070-80度都是正常度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的，的。简单的温度测量方法有用点温计的，也可以粗略判断：用手可以触摸也可以粗略判断：用手可以触摸1-21-2秒以上。秒以上。2）步进电机发热的合理范围：）步进电机发热的合理范

38、围：3）步进电机发热随速度变化的情况）步进电机发热随速度变化的情况：采用恒流驱动技术时，步进电机在静态和低速下，采用恒流驱动技术时，步进电机在静态和低速下，电流会维持相对恒定，以保持恒力矩输出。速度高到一电流会维持相对恒定，以保持恒力矩输出。速度高到一定程度，电机内部反电势升高，电流将逐步下降，力矩定程度，电机内部反电势升高，电流将逐步下降，力矩也会下降。因此，因铜损带来的发热情况就与速度相关也会下降。因此，因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高，高速时发热低。但是铁了。静态和低速时一般发热高，高速时发热低。但是铁损（虽然占的比例较小）变化的情况却不尽然，而电机损（虽然占的

39、比例较小）变化的情况却不尽然，而电机整个的发热是二者之和，所以上述只是一般情况。整个的发热是二者之和，所以上述只是一般情况。华中数控电机发热虽然一般不会影响电机的寿命，对大多数电机发热虽然一般不会影响电机的寿命，对大多数客户来说没必要理会。客户来说没必要理会。但是，严重的发热会带来一些负面影响。但是，严重的发热会带来一些负面影响。如：如：电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变化和内部气隙的微小变化；化和内部气隙的微小变化；会影响电机的动态响应，高速会容易失步；会影响电机的动态响应，高速会容易失步；有些场合不允许电机的过度发热，如医疗器械和高有些

40、场合不允许电机的过度发热，如医疗器械和高精度的测试设备等。因此对电机的发热应当进行必要的精度的测试设备等。因此对电机的发热应当进行必要的控制。控制。4）发热带来的影响：）发热带来的影响：华中数控5 5）如何减少电机的发热）如何减少电机的发热 减减少少发发热热，就就是是减减少少铜铜损损和和铁铁损损。减减少少铜铜损损有有两两个方向：个方向：减减少少电电阻阻和和电电流流，这这就就要要求求在在选选型型时时尽尽量量选选择择电电阻阻小小和和额额定定电电流流小小的的电电机机，但但是是这这往往往往与与力力矩矩和和高高速速的的要要求相抵触。求相抵触。对对于于已已经经选选定定的的电电机机，则则应应充充分分利利用用

41、驱驱动动器器的的自自动动半半流流控控制制功功能能和和脱脱机机功功能能，前前者者在在电电机机处处于于静静态态时时自自动动减少电流，后者干脆将电流切断。减少电流，后者干脆将电流切断。细细分分驱驱动动器器由由于于电电流流波波形形接接近近正正弦弦，谐谐波波少少，电电机机发发热热也也会会较较少少。减减少少铁铁损损的的办办法法不不多多，电电压压等等级级与与之之有有关关，高高压压驱驱动动的的电电机机虽虽然然会会带带来来高高速速特特性性的的提提升升，但但也也带带来来发发热热的的增增加加。所所以以应应当当选选择择合合适适的的驱驱动动电电压压等等级级，兼顾高速性，平稳性和发热，噪音等指标兼顾高速性，平稳性和发热，

42、噪音等指标华中数控1.电机不运转 1）驱动器无供电电压 2）驱动器保险丝熔断 3）驱动器报警(过电压、欠电压、过电流、过热)4）驱动器与电机连线断线 5）系统参数设置不当 6）驱动器使能信号被封锁 7）接口信号线接触不良 8）驱动器电路故障 9）电机卡死或者出现故障 10）电动机生锈 11）指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平太低七、步进电机常见故障及分析：2.电机起动后堵转 1）指令频率太高 2）负载转矩太大 3）加速时间太短 4）负载惯量太大 5）电源电压降低华中数控 3.3.电机运转不均匀，有抖动电机运转不均匀，有抖动 1）指令脉冲不均匀 2）指令脉冲太窄 3）指令脉冲电平不正确 4）指令脉

43、冲电平与驱动器不匹配 5）脉冲信号存在噪声 6）脉冲频率与机械发生共振华中数控 4.4.电机运转不规则，正反转地摇摆电机运转不规则，正反转地摇摆 1）指令脉冲频率与电机发生共振 2）外部干扰 5.5.电机定位不准电机定位不准 1）加减速时间太小 2）存在干扰噪声 3）系统屏蔽不良 华中数控 6.电机过热：电机过热：1）工作环境过于恶劣，环境温度过高2）参数选择不当，如电流过大，超过相电流3）电压过高华中数控7.工作过程中停车：1）驱动电源故障2）电动机线圈匝间短路或接地3）绕组烧坏4）脉冲发生电路故障5）杂物卡住8.噪声大 1）电机运行在低频区或共振区 2）纯惯性负载、短程序、正反转频繁 3）

44、混合式或永磁式转子磁钢退磁后以单 步运行或在失步区 华中数控9.失步或者多步 1）负载过大，超过电动机的承载能力 2）负载忽大忽小 3）负载的转动惯量过大，启动时失步、停车时 过冲 4）传动间隙大小不均 5）传动间隙产生的零件有弹性变形 6）电动机工作在震荡失步区 7）电路总清零使用不当 8）干扰 9）定、转子相檫华中数控 10.无力或者是出力降低无力或者是出力降低 1）驱动电源故障 2）电动机绕组内部发生错误 3）电动机绕组碰到机壳，发生相间短路或者 线头脱落 4）电动机轴断 5）电动机定子与转子之间的气隙过大 6）电源电压过低华中数控11.不能启动不能启动1）工作方式不对2）驱动电路故障3

45、）遥控时，线路压降过大4）安装不正确，或电动机本身轴承、止口等故障使电动机不转 5）N、S极接错 6）长期在潮湿场所存放，造成电动机部分生锈华中数控八、步进电机的选择八、步进电机的选择 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。电机的型号便确定下来了。华中数控 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的 最最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角

46、度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.360.36度度/0.72/0.72度（五相电机）、度（五相电机）、0.90.9度度/1.8/1.8度（二、四相电机）、度（二、四相电机）、1.51.5度度/3/3度度 （三相电机）等。（三相电机）等。1 1、步距角的选择、步距角的选择华中数控 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为

47、惯性负载据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的情况下，静力矩应为摩擦负载的2-32-3倍内好，倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）下来（几何尺寸）华中数控2 2）静力矩的选择）静

48、力矩的选择华中数控 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）压）供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取性电源，电源电流一般可取I 的的1.11.3倍；如果采用开关电源，电源倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取电流一般可取I 的的1.52.0倍。倍。3 3）电流的选择）电流的选择4）力矩与功率换算 步进

49、电机一般在较大范围内调速使用、其功率是步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：P=M=2n/60 P=2P=M=2n/60 P=2nMnM/60/60 其其P P为功率单位为功率单位为瓦，为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，为每秒角速度，单位为弧度，n n为每分钟转速，为每分钟转速，M M为力矩单位为牛顿为力矩单位为牛顿米米 P=2P=2fMfM/400(/400(半步工作）半步工作）其其中中f f为每秒脉冲数（简称为每秒脉冲数（简称PPS)PPS)华中数控5）电压的确定电压的确定 混合式步进电机驱动

50、器的供电电源电压一般是一个较混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如宽的范围（比如IM483的供电电压为的供电电压为1248VDC），），电电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。电压，否则可能损坏驱动器。华中数控华中数控6 6）应用中的注意点）应用中的注意点（2 2）步进电机最好不使用整步状态，整步）