步進電動機失步原因及危害

對經(jīng)濟型數(shù)控艦床在加工過程中，引起步進電動機失步的原因進行了全面分析，并提出了相應的解決方法。

　　步進電動機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，因其簡單的結構、低廉的價格和可靠的性能，在經(jīng)濟型數(shù)控機床中得到了廣泛應用，在我國機床行業(yè)的數(shù)控化進程中占有重要的地位。步進電動機經(jīng)常被用于精確定位的場合，因而保證電動機不發(fā)生失步至關重要。

　　失步及其危害

　　步進電動機正常工作時，每接收一個控制脈沖就移動一個步距角，即前進一步。若連續(xù)地輸入控制脈沖，電動機就相應地連續(xù)轉動。步進電動機失步包括丟步和越步。丟步時，轉子前進的步數(shù)小于脈沖數(shù);越步時，轉子前進的步數(shù)多于脈沖數(shù)。一次丟步和越步的步距數(shù)等于運行拍數(shù)的整數(shù)倍。丟步嚴重時，將使轉子停留在一個位置上或圍繞一個位置振動，越步嚴重時，機床將發(fā)生過沖。步進電動機是開環(huán)進給系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，其性能直接影響著數(shù)控系統(tǒng)的性能。電動機失步會影響數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度，造成數(shù)控機床加工精度下降。

　　失步原因及解決方法

　　1.轉子的加速度慢子步進電動機的旋轉磁場

　　轉子的力n速度慢于步進電動機的旋轉磁場，即低于換相速度時，步進電動機會產(chǎn)生失步。這是因為輸入電動機的電能不足，在步進電動機中產(chǎn)生的同步力矩無法使轉子速度跟隨定子磁場的旋轉速度，從而引起失步。由于步進電動機的動態(tài)輸出轉矩隨著連續(xù)運行頻率的上升而降低，因而，凡是比該頻率高的工作頻率都將產(chǎn)生丟步。這種失步說明步進電動機的轉矩不足，拖動能力不夠。解決方法：①使步進電動機本身產(chǎn)生的電磁轉矩增大。為此可在額定電流范圍內(nèi)適當加大驅動電流;在高頻范圍轉矩不足時，可適當提高驅動電路的驅動電壓;改用轉矩大的步進電動機等。②使步進電動機需要克服的轉矩減小。為此可適當降低電動機運行頻率，以便提高電動機的輸出轉矩;設定較長的加速時間，以便轉子獲得足夠的能量。

　　2.轉子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉速度

　　轉子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉速度，這時定子通電勵磁的時間較長，大于轉子步進一步所需的時間，則轉子在步進過程中獲得了過多的能量，使得步進電動機產(chǎn)生的輸出轉矩增大，從而使電動機越步。當用步進電動機驅動那些使負載上、下動作的機構時，更易產(chǎn)生越步現(xiàn)象，這是因為負載向下運動時，電動機所需的轉矩減小。解決方法：減小步進電動機的驅動電流，以便降低步進電動機的輸出轉矩。

　　3.步進電動機及所帶負載存在慣性

　　由于步進電動機自身及所帶負載存在慣性，使得電動機在工作過程中不能立即起動和停止，而是在起動時出現(xiàn)丟步，在停止時發(fā)生越步。解決方法：通過一個加速和減速過程，即以較低的速度起動，而后逐漸加速到某一速度運行，再逐漸減速直至停止。進行合理、平滑的加減速控制是保證步進驅動系統(tǒng)可靠、高效、精確運行的關鍵。

　　4.步進電動機產(chǎn)生共振

　　共振也是引起失步的一個原因。步進電動機處于連續(xù)運行狀態(tài)時，如果控制脈沖的頻率等于步進電動機的固有頻率，將產(chǎn)生共振。在一個控制脈沖周期內(nèi)，振動得不到充分衰減，下一個脈沖就來到，因而在共振頻率附近動態(tài)誤差最大并會導致步進電動機失步。解決方法：適當減小步進電動機的驅動電流;采用細分驅動方法;采用阻尼方法，包括機械阻尼法。以上方法都能有效消除電動機振蕩，避免失步現(xiàn)象發(fā)生。