步进电机及驱动常见故障分析与处理.ppt

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1、步进驱动系统原理常见故障分析及处理一、步进电机的工作原理步进电机是一种能将数字脉冲以轴步进一个步距角增量，因此，步进电机能很方便地将电脉冲转换为角位移，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。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；可变磁阻式步进电机又称为反应式步进电机，它的工作原理是由改变电动机的定子和转子的软钢齿之间的电磁引力来改变定子和转子的相对位置，这种电动机结构简单、步距角小。永磁式步进电机的转子铁心上装有多条永久磁铁

2、，转子的转动与定位是由定、转子之间的电磁引力与磁铁磁力共同作用的。与反应式步进电机相比，相同体积的永磁式步进电动机转矩大，步距角也大。混合式步进电机结合了反应式步进电机和永磁式步进电机的优点，采用永久磁铁提高电动机的转矩，采用细密的极齿来减小步距角，是目前数控机床上应用最多的步进电动机。按步进电动机输出转矩的大小可分为：1.快速步进电动机2.功率步进电动机快速步进电动机连续工作频率高，而输出转矩小。功率步进电动机的输出转矩比较大，数控机床一般采用功率步进电动机。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

3、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。2.直线步进电机。3.平面步进电机。三.步进电机的驱动电路、控制方式及接线图（一）.驱动电路：(a)(b)(c)VDCVDCVDC步进电机绕组的驱动电路，单极性电流一般采用下图双管串联电路,双极性电流一般采用下图的H桥电路;对于三相混合式步进电机则采用三相逆变桥电路,（二）步进电动机绕组电流控制电路（三）.控制方式：步进电机的控制方式一般可分为开环控制和反馈补偿闭环控制,见下图a和下图b.步进电机控制方式方向脉冲步进电机驱动器步进电机工作台(a)开环控制比较、补偿脉冲脉冲混合器步进电机驱动

4、器步进电机指令工作台位置测量(b)反馈补偿闭环控制图9步进电机与控制器连接框图流-+12345614715819210311412513世纪星HNC-21XS30A+A-B+B-Z+Z-+5V+5VGNDGNDCP+CP-DIR+DIR-PUL+PUL-DIR+DIR-P1P2步进驱动器MS535BDACBDAC电机57HS13混合步进电机A+A-B+B-AC30V（四）.步进电机的接线图百格拉公司步进电机WD3-007的面板接线图控制信号定义PULSE：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。DIR：方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“DIR”为高电平

5、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。RESET：复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。READDY:输入报警信号：READY是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是：35VDC，10mA≤I≤200mA，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到CNC的某输入端。当驱动器正常工作时继电器闭合，外部24VDC通过继电器输入到CNC输入端，否则外部24VDC无法输入到CNC

6、输入端。注意：PULSE+与CW+，PULSE-与CW-，DIR-与CCW-对应同一个接线口，按控制方式不同给出的两种定义名称。（一）步距角和步距误差：转子每步转过的空间机械角度，即步距角β为β=360°/Z*N其中Z-转子齿数，N-运行拍数。步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回至上一转的稳定位置，因此步进电机步距的误差不会长期积累。步进电机步距的积累误差，是指一转范围内步距积累误差的最大值，步距误差和积累误差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影响步距误差和积累误差的主要因素有:齿与磁极的分度精度；铁心迭压

7、及装配精度；各相矩角特性之间差别的大小；气隙的不均匀程度等。四.步进电机的主要特性：（二）静态矩角特性和最大静转矩特性：所谓静态是指电机不改变通电状态，转子不动时的工作状态。空载时，步进电杌某相通以直流电流时，该相对应的定、转子齿对齐，这时转子无转矩输出。如在电机轴上加一顺时针方向的负载转矩，步进电机转子则按顺时针方向转过一个小角度θ，称为失调角,这时转子电磁转矩T与负载转矩相等。矩角特性是描述步进电机稳态时，电磁转矩与