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7.5°或15°；反应式一般为三相，实现大转矩输出，步距角为1.5°；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1.8°，无相步距角为0.72°。

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。转动的速度和脉冲的频率成正比。

2 腾龙版步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度，需要48 个脉冲完成。

3 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。

4 改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。

因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。

一、步进电机的基本特点

1、步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。

2、每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。

3、步进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时，步进电机绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续动转，它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。

4、步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。

二、步进电动机为什么会失步?

1、转子的加速度慢于步进电机的旋转磁场，也即是低于换相速度而产生的。这是因为输入电机的电能不足，在步进电机中产生的同步力矩无法令转子速度跟随定子磁场的旋转速度，从而引起失步。并且凡是比这时频率高的工作频率都必将失步。这种失步说明了步进电机的拖动能力不够。一旦减少负载，或者提高绕组的激磁电流，则有可能克服失步。

2、转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度。这时定子通电激磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，从而产生前冲和后冲的摆动振荡。当振荡足够严重时就导致失步。

三、如何让电机保持转矩

保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。

由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

四、步进电动机为什么会失步

1、转子的加速度慢于步进电机的旋转磁场，也即是低于换相速度而产生的。这是因为输入电机的电能不足，在步进电机中产生的同步力矩无法令转子速度跟随定子磁场的旋转速度，从而引起失步。并且凡是比这时频率高的工作频率都必将失步。这种失步说明了步进电机的拖动能力不够。一旦减少负载，或者提高绕组的激磁电流，则有可能克服失步。

2、转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度。这时定子通电激磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，从而产生前冲和后冲的摆动振荡。当振荡足够严重时就导致失步。

五、步进电动机振荡的原因

1、振荡是步进电机在工作时存在的一般现象，但严重的振荡会引起失步。振荡的原因有多种，其中主要的原因有步进电机处于低频单步运行;步进电机的换相频率和转子的特征频率、倍特征频率、分数特征频率相等;步进电机突然停车等情况。

2、当步进电机进行单步旋转时，其工作频率必定处于低频区。在开始工作时，转子在磁场力矩的作用下加速转动，当转子转到新的平衡点时其速度仍然相当高，从而冲过了平衡稳定点产生过冲。车子一方面向前过冲，当转子速度减到为零时，由于磁场拉力矩的作用则反向冲向平衡点，又形成反向过冲。由于机械磨擦力矩及电磁力矩的作用。形成一个衰减振动过程。最后，转子则稳定停在平衡点。

六、实际应用中对步进电机有哪些要求

1、步进电机在电脉冲的控制下能迅速起动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节;

2、加工精度高，即要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。这就要求步进电机步距小，步距精度高，不得丢步或是过冲;

3、动作快速。即不仅起动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动生产率;

4、输出转矩大，可直接带动负载。

如：步进电机只响不转的问题如何解决？

1、检查线路，如果是第一次接线，一定要确认好电机的相位线，或者按照图纸接线。驱动器的接线注意参考一楼的说法，别接错；如果是正在使用的电机出现这个问题，先检查电机线路是否有破损和断开，如果断开，也会造成你说的情况。

2、检查负载，负载过重导致，电机脱开负载检查。

3、检查输入脉冲的频率，步进电机的输入频率不能过高,过高时也会导致电机只响不转。