造成步進(jìn)電機(jī)失步的因素和防止措施

造成步進(jìn)電機(jī)失步的因素和防止措施

步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)脈沖數(shù)和脈沖頻率來對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制位置和速度，是一種便宜、簡單好用的控制類電機(jī)，在自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于步進(jìn)電機(jī)不是閉環(huán)控制，選型或者使用不當(dāng)，也會(huì)容易出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)失步，也叫步進(jìn)電機(jī)丟步，也就是步進(jìn)電機(jī)沒有按照指令到達(dá)應(yīng)該到達(dá)的位置，讓工程師們很是苦惱。那么，步進(jìn)電機(jī)失步的原因是什么？可以采取哪些對(duì)策來避免失步呢？

步進(jìn)電機(jī)失步的原因有很多，在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要采取排除法一一分析，才能夠找出失步的真正原因，一般導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步的原因是下面幾種：

1.步進(jìn)電機(jī)本身工作力矩不夠，沒有足夠能力帶動(dòng)負(fù)載；

2.步進(jìn)電機(jī)起停的加減速過程不充分，步進(jìn)電機(jī)在加減速過程中失步；

3.步進(jìn)電機(jī)的電源功率不夠?qū)е虏竭M(jìn)電機(jī)的輸入功率不夠引起失步；

4.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓不夠或者驅(qū)動(dòng)電流設(shè)定過低；

5.驅(qū)動(dòng)器或者控制器收到信號(hào)干擾；

6.步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)共振引起步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載能力下降而導(dǎo)致失步；

7.驅(qū)動(dòng)器和控制器的信號(hào)不匹配；

8.同步輪或者減速箱的背隙或者來回轉(zhuǎn)到的間隙誤差沒有在程序上補(bǔ)償或者補(bǔ)償值不對(duì)；

9.控制程序本身有問題。

說起步進(jìn)電機(jī)，對(duì)于電氣控制行業(yè)的工程師來說應(yīng)該再熟悉不過了！它的誤差不會(huì)長期積累，能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，控制比伺服簡單等優(yōu)點(diǎn)，但步進(jìn)電機(jī)精確控制的前提是電機(jī)不發(fā)生失步，如何才能避免步進(jìn)電機(jī)失步？

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)。在未發(fā)生失步情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)并不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，電機(jī)就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度（步進(jìn)角或步距角），通過控制脈沖數(shù)和脈沖頻率來控制電機(jī)角位移量及電機(jī)轉(zhuǎn)速從而達(dá)到精確的開環(huán)控制。另外，步進(jìn)電機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過的角度與理論步距之間總有一定的誤差，從某一步到任何一步，也總有一定的誤差，但是，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的步數(shù)相同，在不失步的情況下，其步距誤差不會(huì)長期累積。

上面提到的都是在不失步的情況，如何才能避免失步呢？首先我們需要知道造成電機(jī)失步的因素：

1、轉(zhuǎn)子加速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場;

2、轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度;

3、電機(jī)負(fù)載慣性較大;

4、步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振。

轉(zhuǎn)子加速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場即轉(zhuǎn)子速度低于換相速度時(shí)，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生失步，這是因?yàn)檩斎腚姍C(jī)的電能不足，產(chǎn)生的力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟上定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，從而引起失步。轉(zhuǎn)子平均速度高于定子磁場平均旋轉(zhuǎn)速度，這是定子通電勵(lì)磁的時(shí)間較長，大于步進(jìn)所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得過多的能量，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩過大從而引起電機(jī)越步。

以上導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步的原因?qū)嵸|(zhì)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選擇不當(dāng)而導(dǎo)致，只有選擇正確合適的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器才能使步進(jìn)電機(jī)發(fā)揮其控制精確的優(yōu)勢。選擇合適的驅(qū)動(dòng)器需要根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動(dòng)器。如果需要低振動(dòng)或高精度時(shí)，可配用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。同時(shí)對(duì)于驅(qū)動(dòng)電源，很多人直接使用開關(guān)電源作為驅(qū)動(dòng)電源，但是，一般最好不要使用開關(guān)電源，特別是大力矩電機(jī)，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因?yàn)椋姍C(jī)工作時(shí)是大電感型負(fù)載，會(huì)對(duì)電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)電源的過載性能不好，會(huì)保護(hù)關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時(shí)可能造成開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)器的損壞。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，可以用常規(guī)的環(huán)形或R 型變壓器變壓的直流電源。

步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振是因?yàn)殡姍C(jī)接收的脈沖頻率等于步進(jìn)電機(jī)的固有頻率，該頻率與驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分有關(guān)系。我們一般使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分能力很重要，共振范圍越小越好。對(duì)于電機(jī)負(fù)載慣性較大是由于電機(jī)超載而引起，因此在使用時(shí)只需注意不要讓電機(jī)過載即可避免。