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步进电机系统应用中故障实例分析

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步进电机系统应用中故障实例分析
t孟现平

由于长期从事步进电机驱动器的售后服务工
作,因而遇到过各种各样的故障实例,也接触了各种品牌的步进电机驱动器。略举几例,以供参考。 =实例一>电机速度慢,电机达不到预想的速度,只有将频率降得很低时电机才能转动。这种情况有三种可能:电机速度的期望值太高;驱动器所加的驱动电压太低;启动频率设得太高。步进电机的转速是与输入脉冲频率成正比,但你不能期望它的转速无休止地增加。步进电机的基本特性之一就是电机转子在旋转时电机绕组上会产生反电动势,而反电动势会使外电压作用减弱,绕组电流下降。转速越快反电动势越强,最终当电机转速达到某一数值时,绕组中电流很小。这个小电流所产生的转矩不足以克服负载力矩,电机就会停转。所以这个讨厌的反电动势的存在,使电机不可能在非常高的频率下转动。这就是步进电机的矩频特性曲线随着频率的升高而迅速下降的原因。如果提高驱动电压,电机运行的最高频率会有所提高,但电压的提高要受到驱动器所能承受的最高电压的限制。图1另一种可能是电机的启动频率设置太高。步进电机的转速应当从低到高逐步提高,最低
启动频率应根据具体的电机、驱动器、负载等因
素来决定。电机启动之后,应在几毫秒内迅速
加大给定频率,然后在现有的速度之上再增高
频率,就这样将速度一个台阶一个台阶地加高
到想要的速度。图1是用单片机实现频率给定
的示意图。
=实例二>定位不准,有些细分驱动器能使电
机平稳运行,但不能精确定位。
不要将电机的运行平稳性与定位准确度混为
一谈。事实上,许多运行相当平稳的细分驱动器,
并不能使电机一分不差地停在所期望的点位上。
一般说来,驱动器细分数越高,电机运行越平稳,
但驱动器细分数高并不一定定位精度高。步进电
机工作于细分状态时,理论上对应于每个输入脉
冲,转子转过的角度应该是相同的,即转角C=
W/N,W为步进电机固有电角度(混合式电机一
般为1.8度);N为细分数。转子的实际转角取决
于各相通电绕组所产生的转矩的矢量和,图2示
出一个4细分驱动器A、B两相的一个通电周期
的合成力矩。LA和LB分别是A、B两相绕组产生
的合力矩。要想每一步转角都相同,就要保持合
成转矩不变,矢量长度始终相同,就要改变每一步
的相电流来适应这个转矩,这就使细分数与相电
流之间的关系相当复杂,实际中是难以办到的。
在实际的驱动器设计当中,一般是采用一串分压
电阻对电源分压,用电子模拟开关取得阶梯波,从
而得到每相绕组的阶梯电流。可见,相电流的精
度取决于分压电阻的精度。电阻的精度不可能太
高,导致每步合成转矩有误差,每步的步距角就有
误差。
步进电机在运行过程中,只要不丢步就没有

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机电一体化 Mechatronica 2000年第3期
累积误差。当前步距角的误差会在下一步或几步中得到补偿,即使细分驱动器每步的力矩不均匀,即每步的步距角不相同,但电机运行360b所走的步数与步距角相同的驱动器是一样的。而在360b以内,电机的结构决定了运行到整拍时的步距角是正确的。所谓整拍,是指电机运行到固有步距角时所需的拍数。例如,对4细分驱动器,第4个脉冲、第8个脉冲、第12个脉冲等拍时,电机都会落在固有步距角上,步距角都是正确的。如果电机驱动工件作圆周或椭圆等闭合曲线运行,工件的终点不一定能落在起点的位置上,这在雕刻机和电脑刻字机上非常重要。解决的方法是,给脉冲计数,设法让定位点落在没有误差的拍上。图2=实例三>往复运动时,工件逐渐偏向某一方向。电机带动工件作往复运动,随着时间的推移,工件逐渐偏向一端。例如绕线机中本预绕出矩形线包,却绕成梯形;雕刻机预雕一个水平的槽,而雕出的槽却越来越深。图3电机作往复转动时,我们给驱动器发出的正转脉冲数和反转脉冲数是相同的。如果在某一方向上,电机响应了每个脉冲,而相反的方向
上有几个脉冲没有得到响应(即丢步),就必然
出现上述现象。最直观的例子是,电脑雕刻机
的Z轴。Z轴向上运动和向下运动,步进电机
的负载是不一样的。当向下运动时,由于重量
的作用,电机负载较轻;Z轴由向上运动转为向
下运动,电机响应较快。但当Z轴向上运动时,
电机需克服自身的重量和雕刻头的重量,负载
较重。所以,当Z轴由向下运行突然转为向上
运行时,虽然转向信号已经到来,但由于惯量的
作用,电机不可能马上转向,这样就可能丢了几
步。用图3来说明雕刻头的运行位置。正常
时,雕刻头应在A和B间做往复运动。假设雕
刻头由A运行到B需N个脉冲,同样由B运行
到A也需N个脉冲。当雕刻头在B位置由下向
上转换方向,由于惯量作用,电机前两个脉冲没
有响应,那么,由B向A运行时只有N-2个步进
脉冲起了作用,雕刻头当然运行不到A点。而
只能运行到比A低的某点比如C点。这时,电
机换向以N个脉冲由C点向下运行,到B点时
因脉冲没结束而继续向下运行直到D点。就这
样,每个往复雕刻头所雕的深度都超过前一次。
解决的方法是,合理分配步进脉冲与正反向信
号间的关系,如图4所示。图中t2表示方向信
号与反向第一个步进脉冲的间隔,合理选择t
2

的数值,就可以解决本例的问题。有些机器中,

t2的数值可长达100ms以上。

图4
t孟现平 安徽蚌埠市神风科技有限公司(蚌埠市涂山
路1168号,邮编:233010,电话:0552)4922014,
013909657544,Fax:0552)4923626)。

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步进电机系统应用中故障实例分析

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步进马达常见问题及解决办法

步进马达常见问题及解决办法

步进马达常见问题及解决办法⼀，如何控制步进马达的⽅向？1、可以改变控制系统的⽅向电平信号2、可以调整马达的接线来改变⽅向，具体做法如下：对于两相马达，只需将其中⼀相的马达线交换接⼊驱动器即可，如A+和A-交换。

对于三相马达，将相邻两相的马达线交换，如：A,B,C三相，交换A,B两相就可⼆，步进马达振动⼤，噪声也很⼤，什么原因？遇到这种情况是因为步进马达⼯作在振荡区，解决办法：1、改变输⼊信号频率CP来避开振荡区。

2、采⽤细分驱动器，使步距⾓减少，运⾏平滑些。

三，为什么步进马达通电后，马达不运⾏？有以下⼏种原因会造成马达不转：1、过载堵转（此时马达有啸叫声）2、马达是否处于脱机状态3、控制系统是否有脉冲信号给步进马达驱动器，接线是否有问题四，步进马达抖动，不能连续运⾏，怎么办？遇到这种情况，⾸先检查马达的绕组与驱动器连接有没有接错检查输⼊脉冲信号频率是否太⾼，是否升降频设计不合理。

五、混合式步进马达驱动器的脱机信号FREE⼀般在什么情况下使⽤?当脱机信号FREE为低电平时，驱动器输出到马达的电流被切断，马达转⼦处于⾃由状态（脱机状态）。

在有些⾃动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动马达轴（⼿动⽅式），就可以将FREE信号置低，使马达脱机，进⾏⼿动操作或调节。

⼿动完成后，再将FREE信号置⾼，以继续⾃动控制。

六、如何选择步进马达驱动器供电电源？确定驱动器的供电电压，然后确定⼯作电流；供电电源电流⼀般根据驱动器的输出相电流I来确定。

如果采⽤线性电源，电源电流⼀般可取I的1.1～1.3倍；如果采⽤开关电源，电源电流⼀般可取I 的1.5～2.0倍。

七、如何选择步进马达驱动器供电电压？步进马达驱动器，都是宽压输⼊，输⼊电压很⼤的范围可以选择；电源电压通常根据马达的⼯作转速和响应要求来选择。

如果马达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电压，否则可能损坏驱动器。

步进电机轴承常见故障分析

步进电机轴承常见故障分析

步进电机轴承常见故障分析步进电机轴承常见故障分析概要：轴承是步进电机的关键器件，也是易损器件。

轴承能否正常运行，关系到步进电机的平稳运行。

轴承自身及各种外部因素也常常影响轴承的正常运行，使轴承故障的诊断变得错综复杂。

结合维修实践，分析步进电机轴承常见故障及处理方法，采用简单实用的听触法检测轴承的云在运转状态，并对预防其损坏提出了相应的措施。

正文：步进电机的轴承是电机静止部分和旋转部分的连接器件，不止影响电机的运行，甚至影响电机的寿命。

从而影响电机的产品质量，所以要重视日常使用及维护保养。

1、滚动轴承常见故障分析滚动轴承的摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，在步进电机中应用广泛。

滚动轴承常见故障如下。

1.1轴承温度过高在电机运行中，用手抚摸小瓦盖或轴承盖座时，应以不感觉烫手为正常，反之则表明轴承温度过高。

造成轴承温度过高的原因有：（1）润滑脂质量不符合要求或变质，粘度过高，油脂过多。

电机不能加得太多或太少，一般约占轴承座1/3~1/2。

转速低、负载轻的轴承可以多加一点；转速高、负载重的轴承应该少加一些。

（2）滚动轴承装配不合适，新换轴或重新加工轴颈与轴承档之间无退刀槽或轴颈加工尺寸不合适，造成轴承装不到位。

轴承间隙过小时，由于油流在间隙内剪刀摩擦损失过大，也会引起轴承发热；同时，间隙过小时，油量会减少，来不及带走摩擦产生的热量，会进一步提高轴承的温升。

但是间隙过大则会改变轴承的动力特性，引起转子运转不稳定。

因此，需要针对不同的设备何使用条件选择合适的轴承间隙。

调整装配工艺，如不合格，上车床二次加工后重新组装。

（3）轴承跑套。

轴承跑套有两种，一种是跑外套，即轴承外圈与轴承室之间有相对位移；另外一种是跑内套，即轴承内圈与轴颈之间有相对位移。

轴承跑套时会发热，并伴有“吱吱”声。

处理方法可粘结剂缓和，或拆卸重新加工更换。

（4）滚动轴承缺油。

电动机正常运转时发出连续均匀的“嗡嗡”声，如果运行中的电机轴承发出“咕噜咕噜”声及间歇性啸叫声时，表明轴承缺少润滑脂。

5.2.5打印机中步进电机的常见故障排查

5.2.5打印机中步进电机的常见故障排查

知识点：打印机中步进电机的 常见故障排查
主讲教师：张强
目录 1 打印机中步进电机的常见故障排查
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1 打印机中步进电机的常见故障排查
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移， 即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合 于单片机控制。 步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电 机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。
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1 打印机中步进电机的常见故障排查 打印机步进电机的制造精度较高，其故障主要表现为不
进纸。判断该类电机是否损坏，可采用下方法： 1. 根据步进电机上所标注的阻值测量其电阻。 2. 测量时可先用万用表将引线分为两组(各引线相通的
为一组)，再用测电阻的方法找出每一组的中心抽头端，中心端 应对其他两端等电阻且与标注电阻值相符。
步进电机的常见故障及工作原理

步进电机的常见故障及工作原理

步进电机的常见故障及工作原理The manuscript was revised on the evening of 2021步进电机的常见故障及工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

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，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，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。

识。

步进电机的分类：步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、混合式（HR）三种。

永磁式一般为二相，转矩和体积都很小，步距角一般为°或15°；反应式一般为三相，实现大转矩输出，步距角为°；混合式兼具永磁式和反应式的优点，分二相和五相，二相步距角为°，无相步距角为°。

步进电机的工作原理：步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。

它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。

随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机的主要特性1步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。