步进电机常见故障及处理

电机的共振点：
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 音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。
电机正反转控制：
当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时 为正转，通电时序为DA-CA-BC-AB或()时为反 转。
按顺时针方向旋转； “DIR”为高电平电机按 逆时针方向旋转。 CW： 正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 CCW：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。
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。
具有较好的定位精度， 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，
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。


1、永磁步进电机的结构原理（励磁式）
A B' 1 C'
42
C 3B A'
A
B'
4
1
C'
C 32 B
A'

A相通电，转子1、
3齿与A、A' 对齐。
A、B相同时通电，
A、A' 磁极拉住1、3齿， B、B' 磁极拉住2、4齿，
转子转过15，到达左图 所示位置。

A
B'
4
1
C'
32
C
B
也可设置成“正转和反转”控制方式； CURR.RED—用于设置半流功能； 功率接口：DC+和DC-接制动电容（用户使用时请与代理商联系）； U、V、W接电机动力线，PE是地； L、N接供电电源；
华中数控

控制信号说明： PULSE：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使
电动机转动一步。 DIR：方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电机
TEMP
FLT
TEMP灯亮表示驱动器超温；
MOT.CURR
STEP1 STEP2 CURR.RED PULSE.SYS
DC+ DCU V W PE L N PE
WD3-007

FLT灯亮表示驱动器故障； 功能选择：MOT.CURR—设置电机相电流；
STEP1、STEP2—设置电机每转的步数； PULSE.SYS—可设置成“脉冲和方向”控制方式；

步进电机
孙海亮


主要内容
一、步进电机常用术语 二、步进电机的分类 三、工作原理 四、步进电机的驱动电路、控制方式及接线 五、 步进电机的主要特性： 六、步进电机常见问题 七、步进电机常见故障及分析： 八、步进电机的选择
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。


二、步进电机的分类：
按转矩产生的原理可分为:
1.反应式步进电机; 2.永磁式步进电机; 3.混合式步进电机；
从电流的极性上可分为:
1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机


一、步进电机常用术语
1、步进电机的静态指标术语
相数：
产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示
拍数：
完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n 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AB-BC-CD-DA-AB，四相 八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
按AB C A ……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
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过
90°(一个齿距角)。 2) 三相六拍
按AAB B BC C CA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。


13 GND
P1 PUL+ PULDIR+ DIR-
步进驱动器
MS535
P2
1 2
A+ 3 4 A5 B+
B6
-+
A
B
D
BD
AC C 57HS13
电机 混合步进电机
步进电机与控制器连接框图流


PULSE/CW+ PULSE/CWDIR/CCW+ DIR/CCWRESET+ RESETREADY READY

从控制绕组数量上可分为:
1.二相步进电机; 2.三相步进电机; 3.四相步进电机; 4.五相步进电机; 5.六相步进电机；
从运动的型式上可分为：
1.旋转步进电机。 ห้องสมุดไป่ตู้.直线步进电机。 3.平面步进电机。


三、工作原理
1、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<a>双管串联电路; 双极性电流一般采用下图<b>的H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<c>.


2、进电动机绕组电流控制电路
VDC
A
i* +
-
PWM
电流检测
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。


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方式。
数。称之为失步。


失调角：
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，由失调角产生的误差，采用细 分驱动是不能解决的。
最大空载起动频率：
电机电压及额定电流下，在不加负载的情况 下，能够直接起动的最大频率。


最大空载的运行频率：
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。
运行矩频特性：
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。


电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩 （由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）


静转矩：
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。
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。
iA
FS
A+
0
t
FR
N
B+
B-
S
iB
A-
0
t
(a) (b)
永磁步进电机的结构原理

w2w、w.pl反cwo应rld.c式n 步进电机工作原理
i A
B
C
0
t
i
C
B
0 i
t
A
0
t
(a)
(b)
反应式步进电机结构原理图


二相混合式步进电机结构原理图
C - C剖面
C
A1
B1
S
B4
A2 N N
N
N N A4
N
B2
S
B3
A3 C
NS
D
电机绕组
D - D剖面 A1
转子
B1
S
B4
S
永磁体
A2 N S
SN
A4
定子
S
B2
S
B3
A3 D


四、步进电机的驱动电路、控制方式及接线
360
Zrm —步距角
Zr —转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数 实用步进电机的步距角多为3和1.5 。为了 获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿 的，


结构：


3、混合式步进电机原理：
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。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：
转子
IA
A
IC C
定子 IB B
定子内圆周 均匀分布着六个 磁极，磁极上有 励磁绕组，每两 个相对的绕组组 成一相。转子有 四个齿。


1)三相单三拍
A'
A
B' 4 1 C'
32
C
B
A'

B 相通电，转子2、 4齿与B、B´ 对齐,又转
过15。
B、C相同时通电，
C' 、C 磁极拉住1、3 齿，B、B' 磁极拉住
2、4齿，转子再转过 15。

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。每拍转子转过15（步距角）， 一个通电循环周期(6拍)转子转过90 (齿距角)。
A B' 1 C'
42
C 3B A'
A相绕组通电，B、C相 不通电。由于在磁场作用下， 转子总是力图旋转到磁阻最 小的位置，故在这种情况下， 转子必然转到左图所示位置： 1、3齿与A、A′极对齐。


A
B'
4
1
C'
C 32 B
A'
A
B'
C'
12 43


步距角：
对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移 用θ表示。θ=360度/（转子齿数J*运行拍 数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为 例： 四拍运行时步距角为：
θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步） 八拍运行时步距角：