步进电机常见故障及排除

步进电机常见故障及排除

【摘要】本文就步进电机实际应用中的常见故障，提出了步进电机的常用检修方法，对步进电机几种典型故障提出了具体的检测、分析和处理方法。

【关键词】步进电机检修典型故障

步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移的电动机。其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率就可以调节电动机的转速。如果停机后某相的绕组仍保持通电状态，则还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步距误差不会积累。

步进电动机的最大缺点在于其容易失步。特别是在大负载和速度较高的情况下，失步容易发生，同时功率也不太大。

目前，步进电动机主要应用于经济型数控机床的进给驱动，一般采用开环的控制结构。也有的采用步进电动机驱动的数控机床同时采用了位置检测元件。构成了反馈补偿型的驱动控制结构。在数控系统中，虽然其种类及规格有多种，结构有所不同，但在运行中常发生起动及运行速度慢、失步现象严重、控制绕组接线错误及运行中常出现绕组短路、开路或击穿等故障。故障出现后影响了数控系统不能正常工作。现结合我们长期维护修理所掌握的步进电动机故障情况及采取的排除故障与调试方法介绍如下：

1 常用检修方法

（1）直观检查法：（目测法）就是用眼睛和其它感觉器官发现故障部位的方法，通过观察便能及时排除许多故障。

（2）万用表法：就是用万用表测量步进电动机绕组的电阻，工作电压，工作电流，与正常值相比较从而确定故障原因的方法。

（3）摇表法：（兆欧表法）就是用摇表测量步进电动机的各项绝缘指标，与正常值相比较来确定故障原因的方法。

（4）波形图法：用示波器观测各主要电路的波形，通过对波形分析来判断故障的方法。

2 典型故障分析

2.1 起动和运行速度慢，影响系统同步

（1）步进电动机检修时，常要将定子各相控制绕组中串联的小电阻摘下，

进行绕组检测和修理，检修后未再接入串联电阻，有时小电阻损坏或失效未更换，造成难起动，运行速度减慢。小电阻失效或未接入，则回路时间常数加大，使脉冲电流上升沿和下降沿由陡变为平坦，恶化了频率特性，也即恶化了步进电动机运行特性。所以，当步进电动机修完后，一定要接入小电阻；检修过程也必须用万用表检测小电阻有无断路、短路或击穿故障，如有则应同时更换合格的同规格小电阻，不要使之失效仍接入线路，不然影响抑制绕组中电感，使系统不同步，又为查找故障增加麻烦。

（2）定转子气隙不均，使定转子相擦，造成起动困难或运行速度减慢。由于气隙不均造成定转子相擦，加大了步进电动机静态力矩，阻力加大使动态特性变坏，导致起动和运行速度减慢。

当发生此类故障时，应仔细检查定转子相擦的原因。根据造成的具体原因，采取有效措施，排除故障，使气隙均匀。

①检查中如发现因轴承损坏或端盖止口与定子外壳不同心所至，应更换新的合格轴承，及新配端盖，新端盖止口车削要按外壳止口公差尺寸配车。

②如检查出属转轴变弯，可采取调直方法调直弯曲端或更换新轴。

③测量转子外径如发现椭圆度超差，将转子进行精车一刀或磨削加工，消除不圆度。应注意车削或磨削加工时，加工量不宜过大，仅需将椭圆大直径车去或磨去，否则气隙加大，会导致电机其它性能变坏。

2.2 步进电动机运行中失步

（1）当步进电动机改变负载运行时，如带大惯量负载则产生振荡，造成电机在某一运行频率下，起动丢步或停转滑步。造成步进电动机运行中失步。

为了消除大惯性负载引起失步，可以采用机械阻尼的方法，用以消除或吸收振荡能量；也可以通过加大负载的摩擦力矩的方法，从而改善运行特性，消除失步。因为步进电动机受控于电脉冲而产生步进运动，采取如上措施能使电脉冲正常，不受干扰，从而消除电机运行中失步。

（2）另一种失步可能是原采用双电源供电的而改为单电源供电，又未采取相应补救措施，使起动频率和运行频率降低，矩频特性恶化而失步。

当是此种原因所至，应重新恢复双电源供电。有些使用单位或部门，为简化电路采用单电源供电造成电动机运行失步，这种做法不当，要知道采用双电源是为了提高起动和运行两种频率，改善矩频特性，从而改善了输入步进电动机绕组中脉冲电流的上升沿和下降沿。用单电源供电，脉冲稳定电流得不到维持，步进电动机功率相应减小，所以在驱动中相当于容量减小而过载，效率降低而失步。采用双电源，用高低两套电路，即在步进电动机绕组脉冲电流通入瞬间，对其施以高压，强迫电流上升加速；池电流达到一定值后，再改施以低压，使电机正常

运行。这种措施不仅使驱动电源容量大大减小，同时也提高了运行效率，改善运行特性，电动机不会失步运行。

3 控制绕组一相反绕，影响正常运行

当步进电动机不能正常运行时，除上述两种原因影响速度或失步外，可能是定了控制绕组有一相反接。当一相绕组反接，相当于通电电流方向相反，电流相互抵消，电动机在此相内无脉冲电流，运行失常或根本不能运行。在通电情况下，检测三相电流就能发现。检测出反接相后，将该相绕组首末引出线对调，按正确接法接好，再通电运行进行电流的检测。

4 定子控制绕组开路、短路或击穿故障

4.1 开路故障

定子控制绕组开路故障，表现为一种是引线接头处断或焊接处全脱焊，或从某一匝中导线折断；另一种情况是导线将断未断，如假焊、虚焊，或有裂纹。

此故障可采用检测普通三相电动机断路方法来检测，较方便的是用万用表电阻档来检测，当指针不动或电阻很大，说明所检测一相绕组为开路。

修理方法是找到故障处，将断开两头漆皮刮掉后拧紧再焊牢，包上绝缘。

4.2 短路故障步进电动机定子控制绕组一般为单根导线绕制的多匝绕组，短路也是匝间短路。

检测方法主要分以下两步：①目测法：凡短路的绕组因短路电流大而过热，绕组导线绝缘层有发黑变脆的糊焦状，凡有此种情况的为故障相；②用在通电运行状况下，测量各相电流，凡电流大的相为故障相。

故障相找到后，如果短路在端部外层，采用加热绕组后，轻轻撬起短路匝，用薄绝缘纸垫好，再压实，线圈局部加热，再刷上1032号绝缘漆后烘于即可；如短路严重不能局部修理，只有重绕线圈换上。

4.3 穿故障

击穿故障的绕组可目测出，也可用兆欧表摇测其绝缘电阻，一般击穿后绕组将接地，检测相绝缘电阻为零者，说明即击穿又接地。

5 电源装置故障使步进电动机不能运行

功率放大失灵，门电路中电子开关损坏及计数器失灵是常发生的。可采用万用表及示波器等仪表，对照线路逐段检测。如测出放大程序逻辑部分无信号或信号弱，说明功率驱动器有毛病，对其应进一步检测和排除故障至有正常信号；当