06-步进电机的原理及常见故障PPT课件

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1、2013年年1月月17日日韩庆国韩庆国吉林航空工程学校机械工程系欢迎数控维修班欢迎数控维修班各位老师光临吉林航各位老师光临吉林航空工程校空工程校2021/7/2206-06-步进电机的原理及常见故障步进电机的原理及常见故障步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移或线位移的的电磁机械装置。在非超载的情况下，移或线位移的的电磁机械装置。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步当步进驱

2、动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距步距角角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。动的速度和加速度，从而达到调速的目的。2021/7/22一一. .步进电机的分类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.

3、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. 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 从控制绕组数量上可分为从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

4、。 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。2021/7/22步进电动机的特点：步进电动机的特点： 1、一般步进电机的精度为步进角的、一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。，且不累积。2、步进电机外表允许的最高温度。、步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料

5、的退磁点都在摄氏点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以度以上，所以步进电机外表温度在摄氏步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。度完全正常。二二. .步进电机的特点步进电机的特点2021/7/223、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

6、大而相电流减小，从而导致力矩下降。4、步进电机低速时可以正常运转、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸并伴有啸叫声。叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频

7、率较低，然后按一机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。二二. .步进电机的特点步进电机的特点2021/7/22二二. .步进电机的特点步进电机的特点随着嵌入式系统随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行，步进电机的的日益流行，步进电机的使用也开始暴增，在工业、军事、医疗、汽车、娱乐业中都使用也开始暴增，在工业、军事、医疗、汽车、娱乐业中都有重要的应

8、用。有重要的应用。步进电机是由一组缠绕在电机固定部件步进电机是由一组缠绕在电机固定部件-定子齿槽上的线定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，圈驱动的。通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。下面简要介绍一下步进电机的原理。下面简要介绍一下步进电机的原理。2021/7/22三三.步进电机的结构步进电机的结构华中数控磁性材料按照磁化后去磁的难易程度，可分为软磁性材磁性材料按照磁化后去磁的难易程度，可分为软磁性材料（硅钢片）和硬磁性材料（铁氧体）。磁化后容易去掉磁

9、性料（硅钢片）和硬磁性材料（铁氧体）。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁材料，不容易去磁的物质叫硬磁材料。一般来讲的物质叫软磁材料，不容易去磁的物质叫硬磁材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料（铁氧体）制永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料（铁氧体）制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5或或15）。）。2021/7/221、永磁步进电机的结

10、构原理（励磁式）、永磁步进电机的结构原理（励磁式）永磁步进电机的结构原理华中数控2021/7/222 2、反应式步进电机、反应式步进电机华中数控反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料（硅钢片）组成。反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料（硅钢片）组成。结构简单、成本低、步距角小，可达结构简单、成本低、步距角小，可达1.2、但动态性能差、效、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。率低、发热大，可靠性难保证。2021/7/223、混合式步进电机、混合式步进电机华中数控混合式步进电机结构原理图混合式步进电机结构原理图混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有混合式：混合式步进电机

11、综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。相对较高。2021/7/22 下下面面以以反反应应式式步步进进电电机机为为例例说说明明步步进进电电机机的的结结构构和和工工作作原理。原理。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：三相反应式步进电动机的原理结构图如下： 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

12、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。ABCIAIBIC定子定子转子转子四四.步进电机的原理步进电机的原理2021/7/221)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。四四.步进电机的原理步进电机的原理2021/7/22CABBCA

13、3412 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，转子再转过相通电时，转子再转过30 角，角，1、3齿和齿和C、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。1C342CABBA四四.步进电机的原理步进电机的原理2021/7/22这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，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，所以称为三相单三拍工作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。方式。 按按AB C A 的顺序给三相绕组轮流通电，的顺序给三相绕组轮流通电，

14、转子便一步一步转动起来。每一拍转过转子便一步一步转动起来。每一拍转过30( (步距步距) )，每个通电，每个通电循环周期循环周期( (3拍拍) )转过转过90( (一个齿距角一个齿距角) )。2)三相六拍三相六拍按按AABBBCC CA的顺序给三相绕组轮流通电。的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。这种方式可以获得更精确的控制特性。2021/7/22CABBCA3412CABBCA3412 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，B、B 磁磁极拉住极拉住2、4齿，转子转齿，转

15、子转过过15 ，到到达左图所示位置。达左图所示位置。2021/7/22CABBCA3412 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 。3412CABBCAB、C相同时通电，相同时通电，C 、C 磁磁极拉住极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉磁极拉住住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15 。2021/7/22 三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AAB B BC C CA，每个循环周期分为六拍。每每个循环周期分为六拍。每拍转子转过拍转子转过15 （步距角），（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周

16、期( (6拍拍) )转子转子转过转过90 ( (齿距角齿距角) )。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用与单三拍相比，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。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ABBCCA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。2021/7/22AB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环周期也分循环周期也分为

17、三拍。每拍转子转过为三拍。每拍转子转过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) )。2021/7/22 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 。为了获得小步距角，。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，电机的定子、转子都做成多齿的，2021/7/221 1、驱动电路：、驱动电路： 步进

18、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.华中数控四、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2021/7/222 2、进电动机绕组电流控制电路、进电动机绕组电流控制电路 华中数控2021/7/224 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2021/7/22步进电机与控制器连接框图流-+123456

19、14715819210311412513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MS535BDACB DA C电机57HS13混合步进电机A+A-B+B- AC 30V华中数控2021/7/22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WD3-007WD3-007的面板接线的面板接线 2021/7/22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

20、：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”为高电平电机按为高电平电机按 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。华中数控华中数控2021/7/22RESETRESET：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

21、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：35VDC35VDC， 10mAI200mA 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

22、驱动器正常工作时 继电器闭合，外部继电器闭合，外部24VDC24VDC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24VDC24VDC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，按控制方式不同给出的两种定义名称。华中数控2021/7/221、步距角和步距误差：步距角和步距误差： 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

23、=360/Z*N =360/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。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

24、者步距角的百分比表示。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的大小；气隙的不均匀心迭压及装配精度；各相矩角特性之间差别的大小；气隙的不均匀程度等。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：2021/7/22所所谓谓静静态态是是指指电电机机不不改改变变通通电电状状态态，转转子子不不动动时时的的工工作作状状态态。空空载载时时，步步进进电电机机某某相相通通以以直直流流电电流流时时，该该相相对对应应的

25、的定定、转转子子齿齿对对齐齐，这这时时转转子子无无转转矩矩输输出出。如如在在电电机机轴轴上上加加一一顺顺时时针针方方向向的的负负载载转转矩矩，步步进进电电机机转转子子则则按按顺顺时时针针方方向向转转过过一一个个小小角角度度，称称为为失失调调角角,这这时时转转子子电电磁磁转转矩矩T与与负负载载转转矩矩相相等等。矩矩角角特特性性是是描描述述步步进进电电机机稳稳态态时时，电电磁磁转转矩矩与与失失调调角角之间关系的曲线，或称为静转矩特性。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2021/7/22 矩矩频频特特性性是

26、是用用来来描描述述步步进进电电机机连连续续稳稳定定运运行行时时输输出出转转矩矩与与连连续续运运行行频频率率之之间间的的关关系系曲曲线线。矩矩频频特特性性曲曲线线上上每每一一频频率率所所对对应应的的转转矩矩称称为为动动态态转转矩矩。动动态态转转矩矩除除了了和和步步进进电电机机结结构构及及材材料料有有关关外外，还还与与步步进进电电机机绕绕组组连连接接、驱驱动动电电路路、驱驱动动电电压压有有密密切切的的关关系系。下下图图是是混混合合式式步步进进电电机机连连续续运运行行时时的的典典型型的矩频特性曲线。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

27、频特性：、步进电机矩频特性：2021/7/224、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，可采用的启动频率要比惯频特性还要低。华中数控2021/7/22 可以讲细分驱动器是将脉冲拍数进行细分或将旋

28、转磁场进行数字化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。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。不过也可根据不同厂家的步进电机进行修正，但这不是一般驱动器生产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。因此细分驱动器往往用在减少噪音和提高电机轴输出厂家所能做到的。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。的平稳性上。华中数控5 5、 M535 M535步进电机驱动器细分设置步进电机驱动器细分设置本驱动器提供本驱动器提供2-256细分，在步进

29、电机步距角不能满足使用的条件下，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（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。）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。2021/7/221）按驱动器前面板表格将细分数设置为16,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

30、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华中数控2021/7/222）.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2021/7/22 步步进进电电机机由由于于静静止止时时的的电电流流很很大大，所所以以一一般般驱

31、驱动动器器都都提供半流功能，提供半流功能， 首首先先将将半半流流功功能能打打开开，让让驱驱动动器器带带电电的的情情况况下下静静止止3030分分 钟钟，测测出出此此时时的的电电机机温温度度，并并记记录录下下来来，然然后后待待电电机机冷冷却却后后，将将半半流流功功能能关关闭闭，让让驱驱动动器器带带电电的的情情况况下下静静止止3030分分钟钟，测测出出此此时时的的电电机机温温度度，并并记记录录下下来来，与与上上次次所所测测的的温温度度进行比较即可看出半流功能的作用。进行比较即可看出半流功能的作用。7 7、半流功能、半流功能华中数控2021/7/22六、步进电机常见问题六、步进电机常见问题1、细分驱动

32、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?步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，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。比如对于步进角为精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45，电机的精度能否达，电机的精度能否达到或接近到或接近0.45，还取

33、决于细分驱动器的细分电流控制精度等，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分其它因素。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。数越大精度越难控制。2021/7/222、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、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?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：下方案来克服：A.A.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如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比

34、等机械传动避开共振区；振区；B.B.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；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，但成本较高；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；E.E.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。大。 华中数控2021/7/22 如果由两相驱动器来驱动，连接时可以采用串联接法或如果由两相驱动

35、器来驱动，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用并联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，此时需要的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驱动器输出电流为电机相电流的0.70.7倍，因而电机发热小；倍，因而电机发热小； 并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接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为电机相电流的法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.41.4倍，因而倍，因而电机发热较大。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

36、相混合式步进电机的使用2021/7/22 将步进电机定子绕改为并联接法（注：绕组并联后将步进电机定子绕改为并联接法（注：绕组并联后, ,应将应将步进电机的电流设置增大一倍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才不至于降低了低频段的输出转矩。）转矩。）A+A-B+B-A+A-C-CB+B-D-D华中数控2021/7/224 4、步进电机发热及处理对策、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，在运动控制系统中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。许多用户在使用步进电机的时候，感觉电得到广泛的应用。许多用户在使用步进电机的时候，感觉电机工

37、作时有较大的发热。机工作时有较大的发热。 实际上发热是步进电机的一个普遍现象，但怎样的发热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，以及如何尽量减小步进电机发热呢？程度才算正常，以及如何尽量减小步进电机发热呢？华中数控2021/7/221 1）步进电机为什么会发步进电机为什么会发热热 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

38、效应，在交变磁场中也会产生损耗，其铁心有磁滞涡流效应，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，且电流一般比较大，且谐波谐波成分高，电流交变的频率也随转速成分高，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

39、。流电机严重。华中数控2021/7/22电机发热允许到什么程度，主要取决于电机内部绝缘等级。电机发热允许到什么程度，主要取决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）才会被破坏。所度以上）才会被破坏。所以只要内部不超过以只要内部不超过130130度，电机便不会损坏，而这时表面温度，电机便不会损坏，而这时表面温度会在度会在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度都是正常的。简单的温度度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的，也可以粗略判断：用手可以触摸测量方法有用点温计的，也可以粗略判断：用手可以触摸1-

40、1-2 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围：2021/7/223）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，电流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。速度高到一定程度，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，力矩也会下降。因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了。静态和低速时此，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。

41、但是铁损（虽然占的比例较小）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，而电机整个的发热是二者之和，所以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。上述只是一般情况。华中数控2021/7/22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。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。 但是，严重的发热会带来一些负面影响。如：但是，严重的发热会带来一些负面影响。如： 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；微小变化； 会

42、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，如医疗器械和高精度的测试设备有些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控制。等。因此对电机的发热应当进行必要的控制。4）发热带来的影响：）发热带来的影响：华中数控2021/7/225 5）如何减少电机的发热）如何减少电机的发热 减少发热，就是减少铜损和铁损。减少发热，就是减少铜损和铁损。减少铜损有两个方向：减少铜损有两个方向： 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电流小的电机，

43、但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。定电流小的电机，但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。 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减少少电电流流，后后者干脆将电流切断。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

44、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，兼兼顾顾高高速速性性，平平稳稳性性和和发发热，噪音等指标热，噪音等指标华中数控2021/7/221.电机不运转电机不运转 1 1） 驱动器无供电电压驱动器无供电电压 2 2） 驱动器保险丝熔断驱动器保险丝熔断 3 3） 驱动器报警驱动器报警( (过电压、欠电压、过电流、过热过电压、欠电压、过电流、过热) ) 4 4） 驱动器与电机连线断线驱动器与电机连线断线 5 5） 系统参数设置不当系统参数设置不当 6 6） 驱动器使能信号被封锁驱动器使能信号被封锁 7 7） 接口信号线接触不良接口信号线接触不良 8

45、8） 驱动器电路故障驱动器电路故障 9 9） 电机卡死或者出现故障电机卡死或者出现故障 10 10）电动机生锈）电动机生锈 11 11）指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平太低）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：七、步进电机常见故障及分析：2021/7/222.电机起动后堵转电机起动后堵转 1 1）指令频率太高）指令频率太高 2 2）负载转矩太大）负载转矩太大 3 3）加速时间太短）加速时间太短 4 4）负载惯量太大）负载惯量太大 5 5）电源电压降低）电源电压降低华中数控2021/7/22 3.3.电机运转不均匀，有抖动电机运转不均匀，有抖动 1 1） 指令脉冲不均

46、匀指令脉冲不均匀 2 2） 指令脉冲太窄指令脉冲太窄 3 3） 指令脉冲电平不正确指令脉冲电平不正确 4 4） 指令脉冲电平与驱动器不匹配指令脉冲电平与驱动器不匹配 5 5） 脉冲信号存在噪声脉冲信号存在噪声 6 6） 脉冲频率与机械发生共振脉冲频率与机械发生共振华中数控2021/7/22 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2021/7/226.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

47、数选择不当，如电流过大，超过相电流3）电压过高华中数控2021/7/227.工作过程中停车：工作过程中停车：1）驱动电源故障驱动电源故障2）电动机线圈匝间短路或接地电动机线圈匝间短路或接地3）绕组烧坏绕组烧坏4）脉冲发生电路故障脉冲发生电路故障5）杂物卡住杂物卡住2021/7/228.噪声大噪声大 1 1） 电机运行在低频区或共振区电机运行在低频区或共振区 2 2） 纯惯性负载、短程序、正反转频繁纯惯性负载、短程序、正反转频繁 3 3） 混合式或永磁式转子磁钢退磁后以单混合式或永磁式转子磁钢退磁后以单 步运行或在失步区步运行或在失步区 华中数控2021/7/229.失步或者多步失步或者多步 1

48、 1） 负载过大，超过电动机的承载能力负载过大，超过电动机的承载能力 2 2） 负载忽大忽小负载忽大忽小 3 3） 负载的转动惯量过大，启动时失步、停车时负载的转动惯量过大，启动时失步、停车时 过冲过冲 4 4） 传动间隙大小不均传动间隙大小不均 5 5） 传动间隙产生的零件有弹性变形传动间隙产生的零件有弹性变形 6 6） 电动机工作在震荡失步区电动机工作在震荡失步区 7 7） 电路总清零使用不当电路总清零使用不当 8 8） 干扰干扰 9 9） 定、转子相檫定、转子相檫华中数控2021/7/2210.无力或者是出力降低无力或者是出力降低 1 1） 驱动电源故障驱动电源故障 2 2） 电动机绕组

49、内部发生错误电动机绕组内部发生错误 3 3） 电动机绕组碰到机壳，发生相间短路或者电动机绕组碰到机壳，发生相间短路或者 线头脱落线头脱落 4 4） 电动机轴断电动机轴断 5 5） 电动机定子与转子之间的气隙过大电动机定子与转子之间的气隙过大 6 6） 电源电压过低电源电压过低华中数控2021/7/2211.不能启动不能启动1）工作方式不对工作方式不对2）驱动电路故障驱动电路故障3）遥控时，线路压降过大遥控时，线路压降过大4）安安装装不不正正确确，或或电电动动机机本本身身轴轴承承、止止口口等等故故障障使使电电动机不转动机不转 5 5） N N 、S S极接错极接错 6 6） 长期在潮湿场所存放，造成电动机部分生锈长期在潮湿场所存放，造成电动机部分生锈华中数控2021/7/22谢谢您的聆听谢谢您的聆听 ! !谢谢！谢谢！2021/7/22个人观点供参考，欢迎讨论