無刷步進電機異常及處理方法

無刷步進電機的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，會影響應用系統(tǒng)的正常運行，因此盡量避免使用。

1、振蕩

步進電機的振蕩主要發(fā)生在：步進電機工作在低頻區(qū)域；步進電機在諧振區(qū)工作；

1）低頻振蕩：

當無刷步進電機在低頻區(qū)域工作時，由于激勵脈沖的間隔較長，步進電機表現(xiàn)為單步操作。

當激勵開始時，轉子在電磁力的作用下加速。到達平衡點時。電磁驅動扭矩為零，但轉子具有比較高的旋轉速度。由于慣性，轉子沖過平衡點。此時，電磁力產生負轉移，并且在負轉矩的作用下，轉子逐漸變?yōu)榱悴㈤_始沿相反方向轉動。當轉子反轉平衡點時。電磁力又產生正扭矩，迫使轉子沿向前方向旋轉。這繼續(xù)形成轉子圍繞平衡點的振蕩。由于機械摩擦和電磁阻尼的影響，這種振蕩表現(xiàn)為衰減振蕩并穩(wěn)定在平衡狀態(tài)。

2）低頻共振：

當無刷步進電機的脈沖頻率接近步進電機的固有振蕩頻率或振蕩頻率的分頻或倍頻時，振蕩加劇，并且在嚴重的情況下引起臺階。

當無刷步進電機在高頻區(qū)域工作時，由于換向周期短，轉子太遲而無法反沖。同時。繞組中的電流沒有上升到穩(wěn)定值，并且轉子沒有獲得足夠的能量，因此在該上部區(qū)域沒有振蕩。

2、失步

步進電機失步有兩個原因：

1）轉子的速度慢于旋轉磁場的速度，或慢于換向速度。

當步進電機啟動時，如果脈沖頻率較高，則轉子無法跟上旋轉磁場的速度，因為電機無法獲得足夠的能量，因此導致失步。因此，步進電機具有啟動頻率。當超過起始頻率時，肯定會產生較少的失步。注意：起始頻率不是固定值。增加電動機的轉矩，減小負載的慣性矩，以及減小步進角可以增加步進電動機的啟動頻率。

2）轉子的平均速度大于旋轉磁場的速度。這主要發(fā)生在制動和突然換向時，轉子獲得過多的能量，導致嚴重的過沖，導致失步。

3、消除振蕩——阻尼方法：機械阻尼方法和電子阻尼方法

機械阻尼方法相對簡單，即在電機軸上增加了阻尼器，并有各種電子阻尼規(guī)則：

1）多相激勵方法

多相激勵產生電磁阻尼，衰減或消除振蕩，例如電機的雙三和六堆模式。

2）變頻變換方法

無刷步進電機在高頻和低頻下具有不同的能量。在低頻時，繞組中的電流上升很長時間，并且轉子獲得的能量很大，因此很可能發(fā)生振蕩，反之亦然。因此，可以設計電路以隨著頻率的降低而降低電壓，從而降低低頻繞組的電流，并且可以有效地消除振蕩。

3）細分步驟

無刷步進電機繞組中的穩(wěn)定電流分為幾級，每次電流增加一步，步進頻率也相對增加，步進過程順利進行。