造成步進(jìn)電機(jī)失步的因素和防止措施
步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)脈沖數(shù)和脈沖頻率來對電機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制位置和速度,是一種便宜、簡單好用的控制類電機(jī),在自動化控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于步進(jìn)電機(jī)不是閉環(huán)控制,選型或者使用不當(dāng),也會容易出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)失步,也叫步進(jìn)電機(jī)丟步,也就是步進(jìn)電機(jī)沒有按照指令到達(dá)應(yīng)該到達(dá)的位置,讓工程師們很是苦惱。那么,步進(jìn)電機(jī)失步的原因是什么?可以采取哪些對策來避免失步呢?
步進(jìn)電機(jī)失步的原因有很多,在實(shí)際應(yīng)用過程中,需要采取排除法一一分析,才能夠找出失步的真正原因,一般導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步的原因是下面幾種:
1.步進(jìn)電機(jī)本身工作力矩不夠,沒有足夠能力帶動負(fù)載;
2.步進(jìn)電機(jī)起停的加減速過程不充分,步進(jìn)電機(jī)在加減速過程中失步;
3.步進(jìn)電機(jī)的電源功率不夠?qū)е虏竭M(jìn)電機(jī)的輸入功率不夠引起失步;
4.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電壓不夠或者驅(qū)動電流設(shè)定過低;
5.驅(qū)動器或者控制器收到信號干擾;
6.步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)共振引起步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載能力下降而導(dǎo)致失步;
7.驅(qū)動器和控制器的信號不匹配;
8.同步輪或者減速箱的背隙或者來回轉(zhuǎn)到的間隙誤差沒有在程序上補(bǔ)償或者補(bǔ)償值不對;
9.控制程序本身有問題。
說起步進(jìn)電機(jī),對于電氣控制行業(yè)的工程師來說應(yīng)該再熟悉不過了!它的誤差不會長期積累,能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位,控制比伺服簡單等優(yōu)點(diǎn),但步進(jìn)電機(jī)精確控制的前提是電機(jī)不發(fā)生失步,如何才能避免步進(jìn)電機(jī)失步?
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)。在未發(fā)生失步情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)并不受負(fù)載變化的影響,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個脈沖信號時,電機(jī)就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)一個固定的角度(步進(jìn)角或步距角),通過控制脈沖數(shù)和脈沖頻率來控制電機(jī)角位移量及電機(jī)轉(zhuǎn)速從而達(dá)到精確的開環(huán)控制。另外,步進(jìn)電機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過的角度與理論步距之間總有一定的誤差,從某一步到任何一步,也總有一定的誤差,但是,步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的步數(shù)相同,在不失步的情況下,其步距誤差不會長期累積。
上面提到的都是在不失步的情況,如何才能避免失步呢?首先我們需要知道造成電機(jī)失步的因素:
1、轉(zhuǎn)子加速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場;
2、轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度;
3、電機(jī)負(fù)載慣性較大;
4、步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振。
轉(zhuǎn)子加速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場即轉(zhuǎn)子速度低于換相速度時,電機(jī)會產(chǎn)生失步,這是因為輸入電機(jī)的電能不足,產(chǎn)生的力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟上定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度,從而引起失步。轉(zhuǎn)子平均速度高于定子磁場平均旋轉(zhuǎn)速度,這是定子通電勵磁的時間較長,大于步進(jìn)所需的時間,轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得過多的能量,導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩過大從而引起電機(jī)越步。
以上導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步的原因?qū)嵸|(zhì)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器選擇不當(dāng)而導(dǎo)致,只有選擇正確合適的步進(jìn)驅(qū)動器才能使步進(jìn)電機(jī)發(fā)揮其控制精確的優(yōu)勢。選擇合適的驅(qū)動器需要根據(jù)電機(jī)的電流,配用大于或等于此電流的驅(qū)動器。如果需要低振動或高精度時,可配用細(xì)分型驅(qū)動器。對于大轉(zhuǎn)矩電機(jī),盡可能用高電壓型驅(qū)動器,以獲得良好的高速性能。同時對于驅(qū)動電源,很多人直接使用開關(guān)電源作為驅(qū)動電源,但是,一般最好不要使用開關(guān)電源,特別是大力矩電機(jī),除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因為,電機(jī)工作時是大電感型負(fù)載,會對電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)電源的過載性能不好,會保護(hù)關(guān)斷,且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要,有時可能造成開關(guān)電源和驅(qū)動器的損壞。對于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源,可以用常規(guī)的環(huán)形或R 型變壓器變壓的直流電源。
步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振是因為電機(jī)接收的脈沖頻率等于步進(jìn)電機(jī)的固有頻率,該頻率與驅(qū)動器的細(xì)分有關(guān)系。我們一般使用步進(jìn)電機(jī)時,驅(qū)動器的細(xì)分能力很重要,共振范圍越小越好。對于電機(jī)負(fù)載慣性較大是由于電機(jī)超載而引起,因此在使用時只需注意不要讓電機(jī)過載即可避免。