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步进电机为什么会失步


步进电机改变负载运行时,如带大惯量负载则产生振荡,造成电机在某一运行频率下,起动丢步或停转滑步。造成步进电机运行中失步。为了消除大惯性负载引起失步,可以采用机械阻尼的方法,用以消除或吸收振荡能量;也可以通过加大负载的摩擦力矩的方法,从而改善运行特性,消除失步。因为步进电动机受控于电脉冲而产生步进运动,采取如上措施能使电脉冲正常,不受干扰,从而消除电机运行中失步。

另一种失步可能是原采用双电源供电的而改为单电源供电,又未采取相应补救措施,使起动频率和运行频率降低,矩频特性恶化而失步。当是此种原因所至,应重新恢复双电源供电。有些使用单位或部门,为简化电路采用单电源供电造成电动机运行失步,这种做法不当,要知道采用双电源是为了提高起动和运行两种频率,改善矩频特性,从而改善了输入步进电动机绕组中脉冲电流的上升沿和下降沿。用单电源供电,脉冲稳定电流得不到维持,步进电动机功率相应减小,所以在驱动中相当于容量减小而过载,效率降低而失步。采用双电源,用高低两套电路,即在步进电动机绕组脉冲电流通入瞬间,对其施以高压,强迫电流上升加速;池电流达到一定值后,再改施以低压,使电机正常运行。这种措施不仅使驱动电源容量大大减小,同时也提高了运行效率,改善运行特性,电动机不会失步运行。

最大的优势是:以开环的方式来控制位置和速度。但正因为是开环控制,负载位置对控制回路没有反馈,步进电机就必须正确响应每次励磁变化。如果励磁频率选择不当,步进电机就不能够移动到新的位置。负载实际的位置相对于控制器所期待的位置出现永久误差,即发生失步现象或过冲想象。因此,在步进电机开环控制系统中,如何防止失步和过冲是开环控制系统能否正常运行的关键。

失步和过冲现象分别出现在步进电机启动和停止的时候。一般情况下,系统的极限启动频率比较低,而要求的运行速度往往比较高。如果系统以要求的运行速度直接启动,因为该速度已经超限,启动频率而不能正常启动,起则发生丢步,重则根本不能启动,产生堵转。系统运行起来后,如果达到终点时立即停止发送脉冲,令其立即停止,则由于系统惯性的作用,步进电机会转过控制器所希望的平衡位置。 

为了克服步进失步和过冲现象,应该在启动停止时加入适当的加减速控制。我们一般采用:运动控制卡作上位控制单元、具有控制功能的PLC作上位控制单元、单片机作上位控制单元来控制运动加减速可以克服失步过冲现象。

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,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,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)。

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:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

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。如果在脉冲频率高于空载启动频率,步进电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转现象。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机高速转动,脉冲频率应该有一个合理的加速过程,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)。 启动频率 = 启动转速 × 每转多少步空载启动转速就是步进电机不通过加减速不负载直接转动起来。当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。假设:需要减速器的总的输出转矩是T1,输出的转速是N1,减速比是5:1,步进电机的步进角度是A,那么电机的转速是:5*(N1),那么电机的输出转矩应该是(T1)/5,电机的工作频率应该是:5*(N1)*360/A,所以你应该看矩频特性曲线:坐标点[(T1)/5,5*(N1)*360/A]是不是在频特性曲线(启动矩频曲线)的下面。如果在矩频曲线的下面,你可以选择这个电机。如果是在矩频曲线上面,则,你不能选择这个电机,因为会失步,或者根本就不能转动。

补充:你是否确定了工作状态,你需要的最大转速确定了吗,如果确定了,那就可以根据上面提供的公式进行计算,(根据转动的最大速度,和负载的大小,你就可以确定你现在选用的步进电机是否适合,如果不适合你也应该知道要选用什么样的步进电机了。另外,步进电机在启动了以后,可以在负载不变的情况下,再提高频率,因为步进电机矩频曲线实际上应该有两条的,你有的那条应该是启动矩频曲线,而另外一条是脱出矩频曲线,这条曲线代表的含义是:在启动频率下启动电机,启动完成以后可以增加负载,但电机不会失步的状态;或者是在启动频率下启动电机,在负载不变的情况下,可以适当增加运转速度,但电机不会失步的状态。

关于步距角,比如说你是A-B-C-D-A单四拍控制,那么步距角就是一个A走过的角度,关于最大牵入频率,其指的是A-B之间的间隔频率,手册里给的都是》于某个值,但是在实际应用时感觉应该给的值就是最大值,例如》250PPS,那么A之后的delay就满足1/delay 《=250, delay》=4ms,给3ms它走不起来。  

实际上,使用编码器是当今步进电机的发展趋势。而如果你还要实现闭环控制的话,就像必须有一个编码器或是传感器来把步进电机当前的旋转状况告诉控制器,好让控制器做出相应的调整(加速或减速)。

文章内容来源于:网络


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