步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步原因及危害

對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控艦床在加工過程中，引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步的原因進(jìn)行了全面分析，并提出了相應(yīng)的解決方法。

　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，因其簡單的結(jié)構(gòu)、低廉的價(jià)格和可靠的性能，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用，在我國機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化進(jìn)程中占有重要的地位。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常被用于精確定位的場合，因而保證電動(dòng)機(jī)不發(fā)生失步至關(guān)重要。

　　失步及其危害

　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，每接收一個(gè)控制脈沖就移動(dòng)一個(gè)步距角，即前進(jìn)一步。若連續(xù)地輸入控制脈沖，電動(dòng)機(jī)就相應(yīng)地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步包括丟步和越步。丟步時(shí)，轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)小于脈沖數(shù);越步時(shí)，轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)多于脈沖數(shù)。一次丟步和越步的步距數(shù)等于運(yùn)行拍數(shù)的整數(shù)倍。丟步嚴(yán)重時(shí)，將使轉(zhuǎn)子停留在一個(gè)位置上或圍繞一個(gè)位置振動(dòng)，越步嚴(yán)重時(shí)，機(jī)床將發(fā)生過沖。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其性能直接影響著數(shù)控系統(tǒng)的性能。電動(dòng)機(jī)失步會(huì)影響數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度，造成數(shù)控機(jī)床加工精度下降。

　　失步原因及解決方法

　　1.轉(zhuǎn)子的加速度慢子步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場

　　轉(zhuǎn)子的力n速度慢于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場，即低于換相速度時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生失步。這是因?yàn)檩斎腚妱?dòng)機(jī)的電能不足，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的同步力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟隨定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，從而引起失步。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩隨著連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而降低，因而，凡是比該頻率高的工作頻率都將產(chǎn)生丟步。這種失步說明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足，拖動(dòng)能力不夠。解決方法：①使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大。為此可在額定電流范圍內(nèi)適當(dāng)加大驅(qū)動(dòng)電流;在高頻范圍轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，可適當(dāng)提高驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電壓;改用轉(zhuǎn)矩大的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。②使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要克服的轉(zhuǎn)矩減小。為此可適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，以便提高電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩;設(shè)定較長的加速時(shí)間，以便轉(zhuǎn)子獲得足夠的能量。

　　2.轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度

　　轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度，這時(shí)定子通電勵(lì)磁的時(shí)間較長，大于轉(zhuǎn)子步進(jìn)一步所需的時(shí)間，則轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得了過多的能量，使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使電動(dòng)機(jī)越步。當(dāng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)那些使負(fù)載上、下動(dòng)作的機(jī)構(gòu)時(shí)，更易產(chǎn)生越步現(xiàn)象，這是因?yàn)樨?fù)載向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩減小。解決方法：減小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，以便降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

　　3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及所帶負(fù)載存在慣性

　　由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身及所帶負(fù)載存在慣性，使得電動(dòng)機(jī)在工作過程中不能立即起動(dòng)和停止，而是在起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)丟步，在停止時(shí)發(fā)生越步。解決方法：通過一個(gè)加速和減速過程，即以較低的速度起動(dòng)，而后逐漸加速到某一速度運(yùn)行，再逐漸減速直至停止。進(jìn)行合理、平滑的加減速控制是保證步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠、高效、精確運(yùn)行的關(guān)鍵。

　　4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生共振

　　共振也是引起失步的一個(gè)原因。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果控制脈沖的頻率等于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的固有頻率，將產(chǎn)生共振。在一個(gè)控制脈沖周期內(nèi)，振動(dòng)得不到充分衰減，下一個(gè)脈沖就來到，因而在共振頻率附近動(dòng)態(tài)誤差最大并會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步。解決方法：適當(dāng)減小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流;采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)方法;采用阻尼方法，包括機(jī)械阻尼法。以上方法都能有效消除電動(dòng)機(jī)振蕩，避免失步現(xiàn)象發(fā)生。