步进电机常见故障及排除

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1、步进电机常见故障及排除【摘 要】 本文就步进电机实际应用中的常见故障，提出了步进电机的常用 检修方法，对步进电机几种典型故障提出了具体的检测、分析和处理方法。【关键词】 步进电机 检修 典型故障步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角 位移的电动机。其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比，通 过改变脉冲频率就可以调节电动机的转速。如果停机后某相的绕组仍保持通电状 态，则还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步 距误差不会积累。步进电动机的最大缺点在于其容易失步。特别是在大负载和速度较高的情况 下，失步容易发生，同时功率也不太大。目

2、前，步进电动机主要应用于经济型数控机床的进给驱动，一般采用开环的 控制结构。也有的采用步进电动机驱动的数控机床同时采用了位置检测元件。构 成了反馈补偿型的驱动控制结构。在数控系统中，虽然其种类及规格有多种，结 构有所不同，但在运行中常发生起动及运行速度慢、失步现象严重、控制绕组接 线错误及运行中常出现绕组短路、开路或击穿等故障。故障出现后影响了数控系 统不能正常工作。现结合我们长期维护修理所掌握的步进电动机故障情况及采取 的排除故障与调试方法介绍如下：1 常用检修方法（1）直观检查法：（目测法）就是用眼睛和其它感觉器官发现故障部位的方 法，通过观察便能及时排除许多故障。（2）万用表法：就是用万

3、用表测量步进电动机绕组的电阻，工作电压，工 作电流，与正常值相比较从而确定故障原因的方法。（3）摇表法：（兆欧表法）就是用摇表测量步进电动机的各项绝缘指标，与 正常值相比较来确定故障原因的方法。（4）波形图法：用示波器观测各主要电路的波形，通过对波形分析来判断 故障的方法。2 典型故障分析2.1 起动和运行速度慢，影响系统同步1）步进电动机检修时，常要将定子各相控制绕组中串联的小电阻摘下， 进行绕组检测和修理，检修后未再接入串联电阻，有时小电阻损坏或失效未更换， 造成难起动，运行速度减慢。小电阻失效或未接入，则回路时间常数加大，使脉 冲电流上升沿和下降沿由陡变为平坦，恶化了频率特性，也即恶化了

4、步进电动机 运行特性。所以，当步进电动机修完后，一定要接入小电阻；检修过程也必须用 万用表检测小电阻有无断路、短路或击穿故障，如有则应同时更换合格的同规格 小电阻，不要使之失效仍接入线路，不然影响抑制绕组中电感，使系统不同步， 又为查找故障增加麻烦。（2）定转子气隙不均，使定转子相擦，造成起动困难或运行速度减慢。由 于气隙不均造成定转子相擦，加大了步进电动机静态力矩，阻力加大使动态特性 变坏，导致起动和运行速度减慢。当发生此类故障时，应仔细检查定转子相擦的原因。根据造成的具体原因， 采取有效措施，排除故障，使气隙均匀。 检查中如发现因轴承损坏或端盖止口与定子外壳不同心所至，应更换新的 合格轴承

5、，及新配端盖，新端盖止口车削要按外壳止口公差尺寸配车。 如检查出属转轴变弯，可采取调直方法调直弯曲端或更换新轴。 测量转子外径如发现椭圆度超差，将转子进行精车一刀或磨削加工，消除 不圆度。应注意车削或磨削加工时，加工量不宜过大，仅需将椭圆大直径车去或 磨去，否则气隙加大，会导致电机其它性能变坏。2.2 步进电动机运行中失步（1）当步进电动机改变负载运行时，如带大惯量负载则产生振荡，造成电 机在某一运行频率下，起动丢步或停转滑步。造成步进电动机运行中失步。为了消除大惯性负载引起失步，可以采用机械阻尼的方法，用以消除或吸收 振荡能量；也可以通过加大负载的摩擦力矩的方法，从而改善运行特性，消除失 步

6、。因为步进电动机受控于电脉冲而产生步进运动，采取如上措施能使电脉冲正 常，不受干扰，从而消除电机运行中失步。（2）另一种失步可能是原采用双电源供电的而改为单电源供电，又未采取 相应补救措施，使起动频率和运行频率降低，矩频特性恶化而失步。当是此种原因所至，应重新恢复双电源供电。有些使用单位或部门，为简化 电路采用单电源供电造成电动机运行失步，这种做法不当，要知道采用双电源是 为了提高起动和运行两种频率，改善矩频特性，从而改善了输入步进电动机绕组 中脉冲电流的上升沿和下降沿。用单电源供电，脉冲稳定电流得不到维持，步进 电动机功率相应减小，所以在驱动中相当于容量减小而过载，效率降低而失步。 采用双电

7、源，用高低两套电路，即在步进电动机绕组脉冲电流通入瞬间，对其施 以高压，强迫电流上升加速；池电流达到一定值后，再改施以低压，使电机正常 运行。这种措施不仅使驱动电源容量大大减小，同时也提高了运行效率，改善运 行特性，电动机不会失步运行。3 控制绕组一相反绕，影响正常运行当步进电动机不能正常运行时，除上述两种原因影响速度或失步外，可能是 定了控制绕组有一相反接。当一相绕组反接，相当于通电电流方向相反，电流相 互抵消，电动机在此相内无脉冲电流，运行失常或根本不能运行。在通电情况下， 检测三相电流就能发现。检测出反接相后，将该相绕组首末引出线对调，按正确 接法接好，再通电运行进行电流的检测。4 定子

8、控制绕组开路、短路或击穿故障4.1 开路故障定子控制绕组开路故障，表现为一种是引线接头处断或焊接处全脱焊，或从 某一匝中导线折断；另一种情况是导线将断未断，如假焊、虚焊，或有裂纹。此故障可采用检测普通三相电动机断路方法来检测，较方便的是用万用表电 阻档来检测，当指针不动或电阻很大，说明所检测一相绕组为开路。修理方法是找到故障处，将断开两头漆皮刮掉后拧紧再焊牢，包上绝缘。4.2 短路故障步进电动机定子控制绕组一般为单根导线绕制的多匝绕组，短 路也是匝间短路。检测方法主要分以下两步：目测法：凡短路的绕组因短路电流大而过热， 绕组导线绝缘层有发黑变脆的糊焦状，凡有此种情况的为故障相；用在通电运 行状

9、况下，测量各相电流，凡电流大的相为故障相。故障相找到后，如果短路在端部外层，采用加热绕组后，轻轻撬起短路匝，用薄绝缘纸垫好，再压实，线圈局部加热，再刷上1032 号绝缘漆后烘于即可； 如短路严重不能局部修理，只有重绕线圈换上。4.3 穿故障击穿故障的绕组可目测出，也可用兆欧表摇测其绝缘电阻，一般击穿后绕组 将接地，检测相绝缘电阻为零者，说明即击穿又接地。5 电源装置故障使步进电动机不能运行功率放大失灵，门电路中电子开关损坏及计数器失灵是常发生的。可采用万 用表及示波器等仪表，对照线路逐段检测。如测出放大程序逻辑部分无信号或信 号弱，说明功率驱动器有毛病，对其应进一步检测和排除故障至有正常信号；

10、当 电子开关未在起动位置，门电路就开通，说明起动开关已经损坏，只有更换合格 的开关；如反馈信号没有，即反馈没有电压值，说明反馈环节有故障，应检测脉 冲数选器及整形反相环节等，找出毛病调整至有正常反馈电压为止。门电路不关闭，步进电动机不停机，说明计数器有故障，应检测计数器，找 出毛病，调整和修理使齿轮灵活，计数准确，达到计数器在规定的脉冲数后电动 机就停转，即达到了当输入脉冲数刚好为所选定的数字门电路就关闭，电机停转。当发现电动机通电顺序不对，不符合设定顺序，说明环形分配器失灵，因它 的级数应等于电动机的相数，在此情况下，它才按规定逻辑给电动机各相绕组依 次通电，使之顺序转或逆转。总之，对电源装

11、置应经常检测和调试，防止故障出 现，影响电动机正常运行。6 机械方面故障使电动机过热轴承损坏、转轴弯曲等机械故障造成定转子相擦而过热。另外，润滑油脂过 多或干涸、变质不仅损坏轴承，也使电动机过热，润滑脂过多也易造成电机过热。 在检修中一定要更换掉变质，干涸的润滑油脂，加入润滑脂量不能过少或过多， 一般使轴承盖内三分之二处充满油脂即可。参考文献：1陈林.对步进电动机步距角的分析和计算. 新余高专学报，2003 年 02 期.2李炳成.电火花切割机进步电机失步等故障的检修. 电加工与磨具，2006 年第6 期.3 黄兆斌，黄云龙，余世明.几种步进电机加减速方法的对比研究及其应用. 机电工程，2011年 08 期.4 刘希璐，李世良.步进电机常见故障的分析和排查 .黑龙江科技信息， 2012年 21 期.