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无刷步进电机异常及处理方法

-2018-12-24-

无刷步进电机的振荡和失步是一种普遍存在的现象,会影响应用系统的正常运行,因此尽量避免使用。

1、振荡

步进电机的振荡主要发生在:步进电机工作在低频区域;步进电机在谐振区工作;

1)低频振荡:

当无刷步进电机在低频区域工作时,由于激励脉冲的间隔较长,步进电机表现为单步操作。

当激励开始时,转子在电磁力的作用下加速。到达平衡点时。电磁驱动扭矩为零,但转子具有比较高的旋转速度。由于惯性,转子冲过平衡点。此时,电磁力产生负转移,并且在负转矩的作用下,转子逐渐变为零并开始沿相反方向转动。当转子反转平衡点时。电磁力又产生正扭矩,迫使转子沿向前方向旋转。这继续形成转子围绕平衡点的振荡。由于机械摩擦和电磁阻尼的影响,这种振荡表现为衰减振荡并稳定在平衡状态。

2)低频共振:

当无刷步进电机的脉冲频率接近步进电机的固有振荡频率或振荡频率的分频或倍频时,振荡加剧,并且在严重的情况下引起台阶。

当无刷步进电机在高频区域工作时,由于换向周期短,转子太迟而无法反冲。同时。绕组中的电流没有上升到稳定值,并且转子没有获得足够的能量,因此在该上部区域没有振荡。

2、失步

步进电机失步有两个原因:

1)转子的速度慢于旋转磁场的速度,或慢于换向速度。

当步进电机启动时,如果脉冲频率较高,则转子无法跟上旋转磁场的速度,因为电机无法获得足够的能量,因此导致失步。因此,步进电机具有启动频率。当超过起始频率时,肯定会产生较少的失步。注意:起始频率不是固定值。增加电动机的转矩,减小负载的惯性矩,以及减小步进角可以增加步进电动机的启动频率。

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向时,转子获得过多的能量,导致严重的过冲,导致失步。

3、消除振荡——阻尼方法:机械阻尼方法和电子阻尼方法

机械阻尼方法相对简单,即在电机轴上增加了阻尼器,并有各种电子阻尼规则:

1)多相激励方法

多相激励产生电磁阻尼,衰减或消除振荡,例如电机的双三和六堆模式。

2)变频变换方法

无刷步进电机在高频和低频下具有不同的能量。在低频时,绕组中的电流上升很长时间,并且转子获得的能量很大,因此很可能发生振荡,反之亦然。因此,可以设计电路以随着频率的降低而降低电压,从而降低低频绕组的电流,并且可以有效地消除振荡。

3)细分步骤

无刷步进电机绕组中的稳定电流分为几级,每次电流增加一步,步进频率也相对增加,步进过程顺利进行。

无刷步进电机