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步进电动机失步原因分析及解决方法

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步进电动机失步原因分析及解决方法松下伺服一级代理-兴弘泰自动化

对经济型数控舰床在加工过程中,引起步进电动机失步的原因进行了全面分析,并提出了相应的解决方法。
步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,因其简单的结构、低廉的价格和可靠的性能,在经济型数控机床中得到了广泛应用,在我国机床行业的数控化进程中占有重要的地位。步进电动机经常被用于精确定位的场合,因而保证电动机不发生失步至关重要。

失步及其危害
  步进电动机正常工作时,每接收一个控制脉冲就移动一个步距角,即前进一步。若连续地输入控制脉冲,电动机就相应地连续转动。步进电动机失步包括丢步和越步。丢步时,转子前进的步数小于脉冲数;越步时,转子前进的步数多于脉冲数。一次丢步和越步的步距数等于运行拍数的整数倍。丢步严重时,将使转子停留在一个位置上或围绕一个位置振动,越步严重时,机床将发生过冲。步进电动机是开环进给系统中的一个重要环节,其性能直接影响着数控系统的性能。电动机失步会影响数控系统的稳定性和控制精度,造成数控机床加工精度下降。

失步原因及解决方法
1.转子的加速度慢子步进电动机的旋转磁场
  转子的力n速度慢于步进电动机的旋转磁场,即低于换相速度时,步进电动机会产生失步。这是因为输入电动机的电能不足,在步进电动机中产生的同步力矩无法使转子速度跟随定子磁场的旋转速度,从而引起失步。由于步进电动机的动态输出转矩随着连续运行频率的上升而降低,因而,凡是比该频率高的工作频率都将产生丢步。这种失步说明步进电动机的转矩不足,拖动能力不够。解决方法:①使步进电动机本身产生的电磁转矩增大。为此可在额定电流范围内适当加大驱动电流;在高频范围转矩不足时,可适当提高驱动电路的驱动电压;改用转矩大的步进电动机等。②使步进电动机需要克服的转矩减小。为此可适当降低电动机运行频率,以便提高电动机的输出转矩;设定较长的加速时间,以便转子获得足够的能量。

2.转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度
  转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度,这时定子通电励磁的时间较长,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,使得步进电动机产生的输出转矩增大,从而使电动机越步。当用步进电动机驱动那些使负载上、下动作的机构时,更易产生越步现象,这是因为负载向下运动时,电动机所需的转矩减小。解决方法:减小步进电动机的驱动电流,以便降低步进电动机的输出转矩。

3.步进电动机及所带负载存在惯性
  由于步进电动机自身及所带负载存在惯性,使得电动机在工作过程中不能立即起动和停止,而是在起动时出现丢步,在停止时发生越步。解决方法:通过一个加速和减速过程,即以较低的速度起动,而后逐渐加速到某一速度运行,再逐渐减速直至停止。进行合理、平滑的加减速控制是保证步进驱动系统可靠、高效、精确运行的关键。
4.步进电动机产生共振
  共振也是引起失步的一个原因。步进电动机处于连续运行状态时,如果控制脉冲的频率等于步进电动机的固有频率,将产生共振。在一个控制脉冲周期内,振动得不到充分衰减,下一个脉冲就来到,因而在共振频率附近动态误差最大并会导致步进电动机失步。解决方法:适当减小步进电动机的驱动电流;采用细分驱动方法;采用阻尼方法,包括机械阻尼法。以上方法都能有效消除电动机振荡,避免失步现象发生。

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