优爱宝教你如何避免步进电机失步

智能硬件
2024-12-09 15:49
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【导读】说起步进电机，电气控制行业的工程师是再熟悉不过了！虽然步进电机集这些优点于一身：误差不会长期积累、能够实现精确定位、控制比伺服简单等，但它能实现精确控制的关键是电机不发生失步。那么，如何才能避免步进电机失步？

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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电机。在未发生失步情况下，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并不受负载变化的影响，当步进电机接收到一个脉冲信号时，电机就按设定的方向转一个固定的角度（步进角或步距角），通过控制脉冲数和脉冲频率来控制电机角位移量及电机转速从而达到精确的开环控制。另外，步进电机每走一步所转过的角度与理论步距之间总有一定的误差，从某一步到任何一步，也总有一定的误差，但是，步进电机每转一周的步数相同，在不失步的情况下，其步距误差不会长期累积。

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上面提到的都是在不失步的情况，如何才能避免失步呢？首先我们需要知道造成电机失步的因素：

1、转子加速度慢于步进电机的旋转磁场;

2、转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度;

3、电机负载惯性较大;

4、步进电机产生共振。

转子加速度慢于步进电机的旋转磁场即转子速度低于换相速度时，电机会产生失步，这是因为输入电机的电能不足，产生的力矩无法使转子速度跟上定子磁场的旋转速度，从而引起失步。转子平均速度高于定子磁场平均旋转速度，这是定子通电励磁的时间较长，大于步进所需的时间，转子在步进过程中获得过多的能量，导致电机产生的转矩过大从而引起电机越步。

以上导致步进电机失步的原因实质是步进驱动器选择不当而导致，只有选择正确合适的步进驱动器才能使步进电机发挥其控制精确的优势。选择合适的驱动器需要根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。同时对于驱动电源，很多人直接使用开关电源作为驱动电源，但是，一般最好不要使用开关电源，特别是大力矩电机，除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为，电机工作时是大电感型负载，会对电源端形成瞬间的高压。而开关电源的过载性能不好，会保护关断，且其精密的稳压性能又不需要，有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。对于步进电机的驱动电源，可以用常规的环形或R 型变压器变压的直流电源。

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步进电机产生共振是因为电机接收的脉冲频率等于步进电机的固有频率，该频率与驱动器的细分有关系。我们一般使用步进电机时，驱动器的细分能力很重要，共振范围越小越好。对于电机负载惯性较大是由于电机超载而引起，因此在使用时只需注意不要让电机过载即可避免。

工程师小二有话说——

经验之谈：步进电机失步的原因分析

常有人用步进电机出现走不准----失步。就我用步进电机这么多年的经验来说，步进电机并没有想象的这么差，除非驱动器开发者真的是水平不行了。

步进电机用得好了，反到伺服电机我不怎么用得顺手。步进电机有优势在于，编程简单，接线少，故障也少，扭力大。

现在的步进电机最高能达到60000脉冲数，这个精度够可以了。转速也有的能达到3000转的，一般都能达到600转。步进电机一般说是能达到600转，其实是达不到这个转速的，厂家说是600转，在使用过程中达到500转就不错了。一般情况下，机器能转到500转，其实也是很快的了。再快了可能就会堵转，电机就象卡死了一样的响，这就是速度过高，电机转不过来。发生这种现象，解决的办法是：

1、降低最高运行频率；

2、调高加减速时间；

3、降低启动频率；

4、把细分数调高一个档位。

步进电机的转速和扭力成反比，转速越快，扭力越小。当然这在选型的时候很重要，不在小马拉大车。选型大一点没关系，小了或者刚好就真是不行，失步多为电机小了，机械过重，造成小马拉大车的现象。

一般情况下，驱动信号脉冲多为24V串2K电阻。一般厂家都推荐电阻为1.8K～2K。其实，通过测量，2K电阻的时候，脉冲电压只有2.2V。后来我都选用1.5K电阻。这个问题是我通过实践得来的，也是有一台电机走不顺，查了很多地方都没有找到原因，后来换了一个电阻就好了。一般情况下，光耦可以承受24V的，特别是没有电阻的时候，直接接上去也能用。当然，装一个电阻更好。

很多人都说步进电机失步，其实机械原因也有很多，丝杆轴承没有装好，丝杆磨损，导轨磨损都能让机械走不准，还有原点开关的好坏，直接影响精度。

我自己遇到过自己写的程序出现争位现象，是技术问题。就是加工完成后，程序有时还能运行加工程序来回原位，回原点程序没有接通。这样直接造成累计误差，后来通过长时间的监控才发现这个问题。这种情况多发生在圴布分度的机器里面。看到论坛里面好多讲累计误差的，我想大部分还是属于这种情况。

步进电机如果因为负载过大，而产生惯性，这样的情况多是走过头了。

点动指令是走不准的，特别是用点动回原点，那是大错特错。点动的开停是一个完全的90度直角，启停相当于急刹车，想想也是停不住的了。所以回原点一定还是要用回原点指令。

电机电流不要调到额定电流，一般小一个档位，额定6A的，调整到5.5A就可以了。这个时候的扭力也够，温度也会很高。步进电机虽说可以达到80度，但温度太高了，还是影响磁场的。

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