步进电机失步和振荡的问题?

文章来源:步进电机 时间:2019-07-09 08:26:10 浏览:

  步进电机失步和振荡的问题?

  步进电机失步原因分析

  1.步进电机转子的转速慢于旋转磁场的速度,或者说慢于换相速度。步进电机在启动时,如果脉冲的频率较高,由于电机来不及获得足够的能量,使其无法令转子跟上旋转磁场的变化,所以引起失步。

  2.转子的平均速度大于旋转磁场的速度。这主要发生在制动和突然换相时,转子获得过多的能量,产生严重的后果,引起失步。

  步进电机解决失步的方法

  步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载的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。注意,启动频率不是一个固定值,提高电机的转矩、减小负载转动惯量、减小步距角都可以提高步进电机的启动频率。

  振荡原因分析

  步进电机的振荡现象主要发生在步进电机工作在低频区、步进电机工作在共振区和步进电机突然停车时。

  步进电机工作在低频时,由于励磁脉冲间隔的时间较长,步进电机表现为单步运行。当励磁开始时,转子在电磁力的作用下加速运动。在达到平衡点时,电磁驱动转矩为零,但转子的转速最大,由于惯性,转子冲过平衡点。这时电磁力产生负转矩,转子在负转矩的作用下转速逐渐降为零,并开始反向转动。当转子反转过平衡点后,电磁力又产生正转矩,迫使转子又正向转动。如此循环,形成转子围绕平衡点的振荡。由于有机械摩擦和电磁阻尼的作用,这个振荡变为衰减振荡,最终稳定在平衡点。

  当步进电机工作在共振区时,步进电机的脉冲频率接近步进电机的振荡频率或振荡频率的分频或倍频,这会使振荡加剧,严重时造成失步。

  振荡失步的过程如下:在第一个脉冲到来后,转子经历了一次振荡。当转子回摆到最大幅值时,恰好第二个脉冲到来,转子受到的电磁转矩为负值,使转子继续回摆。接着第三个脉冲到来,转子受正电磁转矩的作用回到平衡点。这样,转子经过3个脉冲仍然回到原来的位置,也就是丢了3步。

  当步进电机工作在高频时,由于换相时间短,转子来不及反冲。同时,绕组中的电流还没有上升到稳定值,转子没有获得足够的能量,所以在这个工作区不会产生振荡。减小步距角可以减小振荡幅值,以达到削弱振荡的目的。

  解决振荡的方法

  消除振荡是通过增加阻尼的方法来实现的,主要有机械阻尼法和电子阻尼法。其中机械阻尼法比较单一,就是在电机轴上加阻尼器。电子阻尼法则有以下几种:

  多相励磁法

  采用多相励磁会产生电磁阻尼,会削弱或消除振荡现象。例如,三相步进电机的单三拍工作方式改成双三拍工作方式或六拍工作方式。

  变频变压法

  步进电机在高频和在低频时转子所获得的能量不一样。在低频时,绕组中的电流上升时间长,转子获得能量大,因此容易产生振荡;在高频时则相反。因此,可以设计一种电路,使电压随频率的降低而减小,这样使绕组在低频时的电流减小,可以有效地消除振荡。

  细分步法

  细分步法是将步进电机绕组中的稳定电流分成若干级,每进一步时,电流升一级。同时,也相对地提高步进频率,使加速过程平稳运行。

  反相阻尼法

  这种方法用于步进电机的制动。在步进电机转子要过平衡点之前,加一个反向作用力去平衡惯性力,使转子到达平衡点时的速度为0,实现准确制动。

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