步进电机故障排除基础，第1部分

由日本脉搏美国

你有没有捡起一个马达，发现它比你预想的多了几根电线？如果是这样，那很可能是步进电机。步进电机常用于许多产品，从手表到打印机，从静脉泵到气泵。它们也存在于机床、过程控制系统、磁带和磁盘驱动器系统以及可编程控制器中。

正如步进电机一样，然而，关于单极步进电机和双极步进电机之间的区别，以及恒流和恒压步进电机是如何工作的，有很多混淆。

这2部分系列将涵盖任何步进电机系统的故障排除的最重要的步骤。它将包括步进电机的概述-他们是什么，他们如何工作，以及如何排除他们。第二篇文章还将涵盖使步进电机运行所需的电子设备，并提供更多的故障排除信息。

基础知识
步进电机将电子脉冲转换为机械运动。每一个电子脉冲“步进”使轴旋转一定的角度(步进角度)。因此，步进电机可以在开环应用中运行，它将以一定的速度移动一定的距离，而不需要反馈。

步进电机可以在转子停止时无限期地保持保持转矩，而不会烧坏电机绕组。当步进电机有一个稳定的直流信号施加到一个定子绕组时，转子将克服剩余转矩并与该定子磁场对齐。保持扭矩是在定子通电的情况下将转子移动一整步所需的扭矩量。

当绕组不通电时，永磁体和定子之间会产生一个小的磁力。这种磁力称为剩余力矩，或制动力矩。它可以通过手动转动步进电机来注意到，一般是保持力矩的十分之一左右。

在典型的两相电机的一相步进过程中，两相定子的a相被通电(步骤1)，这就通过磁力将转子锁定在如图所示的位置，因为不同的磁极相互吸引。当A相关闭，B相打开时，转子顺时针旋转90°。在步骤3中，相位B被关闭，相位A被打开，但是极性与步骤1相反。这会导致另一个90°的旋转。步骤4,A相断开，B相接通，极性与步骤2相反。重复这个顺序使转子顺时针旋转90°步骤。

有三种主要类型的步进电机:永磁(PM)，可变磁阻(VR)和混合。

永磁步进电机是通过永磁转子和电磁场之间的反作用来工作的。其中最常见的永磁电机是锡罐或爪齿型。在锡罐步进器中，转子轴被一个径向相反的磁极包围。它没有牙齿。定子是由一系列绕制的线圈组成的极。由于有磁铁，即使电机未通电，转子也会抵制运动。

永磁步进电机用于低成本，低功率的应用。自动贩卖机内的送话器由永磁体步进电机驱动。

可变磁阻（VR）步进电机不同于永磁步进电机，因为它没有永磁转子，并且在关闭时没有剩余转矩将转子保持在一个位置。这种电机的工作原理是沿外加磁场的路径使磁阻最小化。可变磁阻步进电机的最早用途之一是20世纪20年代在英国军舰上移动鱼雷管和炮的方向指示器。此后不久，它们被美国海军用于类似目的。

混合式步进电机由两块软铁和一个轴向磁化的圆转子组成。之所以称之为混合动力，是因为这种电动机是在永磁式和可变磁阻式步进电动机的组合原理下工作的。

混合电机的定子铁芯结构与虚拟现实电机基本相同。主要区别在于VR电机中只有一个单相的两个线圈绕在一个极上，而典型的混合式电机将有两个不同相的线圈绕在同一极上。

一个磁极上的两个线圈以称为双线连接的结构缠绕。混合动力电动机的每个极上都覆盖着由软钢制成的均匀间隔的齿。每个极的两个部分上的齿彼此错位半齿距。在混合动力电机中，转矩是由永磁体的磁场和定子产生的磁场相互作用产生的。大多数混合步进电机是NEMA尺寸的电机。步进电机的绕组有两种：双极绕组和单极绕组。每种绕组都有许多优点。

前面描述的两相步进序列使用了“双极线圈绕组”。每相由一个绕组组成。它被称为双极绕组，因为在线圈上的电流是反向的。通过换向绕组中的电流，电磁极性就颠倒了。

单极绕组有时称为四相步进器。它由一个极上的两个绕组组成，当其中一个绕组通电时，就会产生一个磁北极;当另一圈通电时，就形成了南极。它被称为单极的，因为电的极性，或电流，从驱动器到线圈从来没有逆转。

步进电机会出什么问题
一般来说，有四件事情可能会出问题的电机：他们烧毁，电刷坏了，轴承坏了，或技术人员打破他们。

他们烧了起来。步进电动机的一个重要特征是当转子停止时，它可以无限地保持保持扭矩。如果一步电机摊位，它不太可能与大多数AC和DC电机一样燃烧。如果电机确实烧坏它表示驾驶员问题。（我们将探讨为什么在下一篇文章中的情况。）只需更换电机将导致电机再次燃烧。除非有障碍物，否则这不是步骤电机的常见问题。

刷子坏了。步进电机没有电刷。因此，这永远不会是失败的原因。

轴承坏了。马达的温度越低，轴承的寿命就越长。然而，有时轴承也会坏掉。不过，这并不是一个普遍的问题。大多数廉价电机的轴承额定在3000小时或更多，而大多数高端质量的电机额定在9万至10万小时。

技术人员把它们弄坏了。这是步进电机最常见的故障原因。当使用这些设备时，一定要小心。他们不需要像对待精美的瓷器一样对待，但不要试图用锤子来修理一个。大多数便宜的电机使用胶水保持轴转子，和大多数优质步进器将使用凹槽与粘合剂。

要测试电机，首先使用欧姆表。它将表明，如果一个绕组烧毁和你有什么类型的步进电机，通常是双极或单极。

双极电路总是有四个引线。单极有五到六个引线。如果有五根引线，这两根普通的线是相连的。一些电机将有八个引线;这些电动机可以接线为单极或双极。

用欧姆表检查绕组的电阻。在双极上，两个绕组在两个方向上的电阻应相同。在单极绕组中，从每相到com的电阻在两个方向上应相同。用欧姆表检查电机后，可以用9V电池使电机步进。这将确认电机绕组良好。您可以使用图9中的图表来获得帮助。

你可以用手转动电机，同时聆听不良轴承。所有的永磁和混合步进电机将有一些制动扭矩。PM将拥有更多的混合步进器。如果步进电机的引线是接触的，那么制动力矩就会大大增大。小心!一些技术人员错误地将其与轴承不良联系在一起。如果轴承坏了，通常会有额外的轴向发挥在电机。如果可能的话，检查已知良好的发动机。

当更换电机时，许多人想知道电线的颜色代码。记住，这些线圈构成了一个电磁铁。只要你有正确的绕组分组(阶段1和3在一起，阶段2和4在一起)最坏的情况下，将发生当你去运行电机是，它将运行倒退。为了纠正错误，只需交换一组阶段(1和3或2和4)。

下次我们将探索双极和单极绕组之间的差异，以及如何恒流和恒压类型的步进电机驱动工作。回答这个问题，当我有24V电源时，为什么我要用5V的马达?DW

日本脉搏美国
www.nipponpulse.com

---

了下:运动控制•电机控制,电机•步进电机
标记:nipponpulse

---