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步进电机及驱动常见问题解答

发布日期:2014-08-19

1、什么是步进电机?


    步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号,就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步距角)。步进电机适用于精确调速和定位的场合:通过控制上位机发出的脉冲的频率变化控制电机转动的速度和加速度,达到调速的目的;通过控制上位机发出的脉冲的个数控制电机角位移量,达到精确定位的目的。上位机类型有PLC、运动控制器、运动控制板卡、单片机等。

 

2、步进电机分哪几种?


    步进电机分三种:永磁式(PM,反应式(VR)和混合式(HB)。
    永磁式步进电机一般为两相步进电机,转矩和体积较小,步距角一般为7.5°15°
    反应式步进电机一般为三相步进电机,可实现大转矩输出,步距角一般为1.5°,但噪声和振动都很大,
在欧美等发达国家80年代已被淘汰。
    混合式步进是吸取了永磁式和反应式优点、结构更加先进的类型,应用最为广泛。混合式步进电机从类型上可以分为两相、三相和五相,通常采用的步距角如下:
    两相整步步距角为1.8°,三相整步步距角为1.2°,五相整步步距角为 0.72°

 

3、步进电机的"保持转矩""定位转矩"有何不同?


    保持转矩是指电机各相绕组通额定电流,且处于静态锁定状态时,电机所能输出的最大转矩。是电机选型时最重要的参数之一。
    定位转矩是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时,由于混合式电机转子上有永磁材料产生磁场,从而产生的转矩。一般定位转矩远小于保持转矩。是否存在定位转矩是混合式步进电机区别于反应式步进电机的重要标志。

 

4、步进电机的精度为多少?是否累积?

 

    一般步进电机的精度为步距角的35%,且不累积。

 

5、步进电机发热是否属于正常现象,一般温度范围是多少?

 

    步进电机应用场合一般追求定位精度和力矩输出,效率比较低,电流比较大,且谐波成分高,电流交变的频率也随转速而变化,因而步进电机普遍存在发热情况,且情况比一般交流电机严重。步进电机表面温度在6070度都是正常的。

 

6、如何改变步进电机的方向?


1)可以通过改变上位机的方向信号使电机改变方向。
2)可以调整电机的接线来改变方向,具体做法如下:
对于两相电机,只需将其中一相的电机线交换接入驱动器即可,如A+A-交换。
对于三相电机,将任意两相的电机线交换, 如:UVW三相,交换UV两相就可。
对于五相电机,将原相序ABCDE改为EDCBA接入驱动器即可。

 

7、为什么步进电机通电后,电机不能正常运行? 


有以下几种原因会造成电机运行不正常:
1)上位机是否有脉冲信号给步进电机驱动器,脉冲信号接线是否有问题。
2)电机线接线是否正确。
3)是否过载、堵转(此时电机有啸叫声,声音会随频率的变化而变化)。
4)电机是否处于脱机状态。

 

8、步进电机抖动,不能连续运行,怎么办?


    遇到这种情况,首先检查电机线与驱动器连接有没有接错;检查输入脉冲信号的频率是否太高;是否升降频控制不合理;判断电机转速是否在振动区内。

 

9、步进电机驱动器的脱机信号FREE一般在什么情况下使用?


    当脱机信号FREE为低电平时,驱动器输出到电机的电流被切断,电机转子处于自由状态(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电机轴(手动方式),就可以将FREE信号置低,使电机脱机,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。 在电磁干扰比较大的场合,如果用不到脱机信号,建议FREE+FREE-用导线短接或者COMFREE短接,防止FREE信号受到外界干扰导致电机工作不正常。

 

10、如何选择步进电机驱动器的供电电压?


    电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快,那么电压取值也高,但需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。如果选择较低的电压则有利于步机电机的平稳运行,振动小。

 

11、如何选择步进电机驱动器的供电电源? 


    首先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来确定。如果采用线性电源,电源电流一般可取驱动器输出相电流的1.11.3倍;如果采用开关电源,电源电流一般可取驱动器输出相电流的1.52.0倍。

 

12、细分驱动器的细分是否能提高精度?


    细分也叫微步,主要目的是削弱步进电机的低频振动和噪音。采用细分可以提高电机的分辨率,即每个脉冲转过的步距角更小,比如对步距角为1.8°的两相混合式步进电机, 如果驱动器的细分数设置为4,那么每个脉冲使电机旋转0.45°,电机的分辨率也就为0.45°,但是电机的定位精度能否达到或接近0.45°,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大,细分数越大精度越难控制。

 

13、为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?


    当步进电机转动时,电机各相绕组中会产生反向电动势,频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机的相电流随频率(或速度)的升高而减小,从而导致力矩下降。

 

14、为什么步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声?


    步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率。空载启动频率是在一定的细分、驱动电压等条件下测得的数据,当用户采用的细分数不同时,该值也会有变化,把空载启动率转化为空载启动转速会有助于实际的应用。空载启动转速(或对应于某细分下的空载启动频率)也受驱动电压的影响,电压越高空载启动转速相对越高。
    如果电机启动时高于空载启动转速,则不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动转速(也就是启动频率)应该更低。如果要使电机高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

 

15、如何克服步进电机在低速运转时的振动和噪声?


步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点,一般可采用以下方案来克服:
1)采用带有细分功能的驱动器,这是最常用的、最简便的方法。
2)如果步进电机转速正好工作在振动区内,可通过改变机械传动机构的减速比从而改变电机转速的方式
避开振动区。
3)换成交流伺服电机,可以克服振动和噪音。
4)在电机轴上加磁性阻尼器,市场上有这种产品,但机械结构改变较大。

 

步进电机及驱动使用注意事项

·  电机安装时务必用电机前端盖安装止口定位,并注意公差配合;严格保证电机轴与负载轴的同心,否则会造成电机轴弯曲甚至断裂。 

·  电机与驱动器连接时,请勿接错相。对于三相步进电机,UVW的接线顺序没有要求。 

·  对于电机引线方式,用户订货时需事先声明,由厂家接好线,用户不必自己改动。 

·  使用环境温度 0℃~+50℃; 使用环境湿度 <85%RH,无凝露、无结霜; 

·  贮存环境温度 -20℃~+70℃;贮存环境湿度 <85%RH,无凝露、无结霜。 

·  若长时间贮存在非适宜环境中,运行前应重新检测产品的质量。 

·  鉴于电机的相电流比较大,应采用标准的冷压端头将电机线进行预处理,确保端子螺钉紧固良好,接插到驱动器插座时应用力按压到底部,确认端子完全插牢;电柜布线时避免电机线接插端子的拉拽应力,避免后期运行时松动。未插牢固的端子导致接触电阻的加大,有导致端子过热损坏的风险。 

·  由于储运环境温度的剧烈变化,容易产生凝露或结霜,此时应把驱动器放置12小时以上,待驱动器温度与环境温度一致后,方可通电运行。若长时间贮存在非适宜环境中,运行前应重新检测产品的质量。 

·  为了更好的使用驱动器,用户在系统接线时应遵循功率线(电机相线,电源线)与弱电信号线分开的原则,以避免控制信号被干扰。在无法分别布线或有强干扰源(变频器,电磁阀等)存在的情况下,最好使用屏蔽电缆传送控制信号。采用较高电平的控制信号对抵抗干扰也有一定的意义。 

·  电源质量的好坏直接影响到驱动器的性能和功耗,电源的纹波大小影响细分的精度,电源共模干扰的抑制能力影响系统的抗干扰性,因此对于要求较高的应用场合,用户一定要注意提高电源的质量。 

·  步进驱动器的输出电流是指驱动器每相输出电流的峰值,使用串电流表的方式不能得到正确的读数。 

·  驱动器安装时应保证设备的通风良好,并定期检查散热风扇运转是否正常;机柜内有多个驱动器并列使用时要保证相互之间的距离不小于5CM。 

·  用户若对步进驱动器的电源电压、电流、细分、信号端口等有特制要求的,请与厂家联系,可根据客户需求进行产品定制,产品型号末尾标注Ver*.*的标示为特殊定制品,*.*为特殊定制版本号。公司对外宣传所提供的说明书只针对标准产品,不包含根据客户需求定制产品的要求。