電腦繡花機中步進電機驅(qū)動電源維修方案
一，以大豪五相電機驅(qū)動為例
現(xiàn)在的繡花機維修，一般情況都是更換驅(qū)動板。但拿回來后一般都要寄到大豪辦事處去修。我想大家都感到很不方便吧！即使自己能維修的情況下，修好后也要跑到用戶那里去試，這樣大家都麻煩吧。但這樣的麻煩是可以省去的。我們可以在家里做一個測試臺，就可以解決了。我做了一個大家看看可以為你的維修代來方便嗎？
我的維修思路如下圖：
本維修測試臺由電源（有高壓，低壓，保護電路，高壓延時，高壓放電電路組成）＋控制板（產(chǎn)生步進電機驅(qū)動電源所需的信號，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，啟動，停止，信號指示，限流信號，故障信號）＋被維修的電機板＋五相步進電機組成。
附：步進電機小知識！
1.什么是步進電機?
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
2.步進電機分哪幾種?
步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應式（VR）和混合式（HB）
永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；
反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用zui為廣泛。
3.什么是保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）?
保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機zui重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機zui重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。
4.什么是DETENT TORQUE?
DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。
5.步進電機精度為多少？是否累積?
一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。
6.步進電機的外表溫度允許達到多少?
步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的zui高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。
7.為什么步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降?
當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。
8.為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲?
步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。
9.如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動和噪聲?
步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：
A.如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū)；
B.采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是zui常用的、zui簡便的方法；
C.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；
D.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；
E.在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。
10.細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度?
步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8° 的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達到或接近0.45°，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。
11.四相混合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別?
四相混合式步進電機一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較的場合使用，此時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的0.7倍，因而電機發(fā)熱??；并聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較高的場合使用（又稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。
12.如何確定步進電機驅(qū)動器的直流供電電源?
A.電壓的確定
混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如IM483的供電電壓為12～48VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的zui大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。
B.電流的確定
供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用開關電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
13.混合式步進電機驅(qū)動器的脫機信號FREE一般在什么情況下使用?
當脫機信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。在有些自動化設備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。
14.如果用簡單的方法調(diào)整兩相步進電機通電后的轉(zhuǎn)動方向?
只需將電機與驅(qū)動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調(diào)即可。
關于驅(qū)動器的細分原理及一些相關說明（轉(zhuǎn)載）
在國外，對于步進系統(tǒng)，主要采用二相混合式步進電機及相應的細分驅(qū)動器。但在國內(nèi)，廣大用戶對“細分”還不是特別了解，有的只是認為，細分是為了提高精度，其實不然，細分主要是改善電機的運行性能，現(xiàn)說明如下：步進電機的細分控制是由驅(qū)動器控制步進電機的相電流來實現(xiàn)的，以二相電機為例，假如電機的額定相電流為3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動該電機，電機每運行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會引起電機運行的振動和噪音。如果使用細分驅(qū)動器，在10細分的狀態(tài)下驅(qū)動該電機，電機每運行一微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規(guī)律變化，這樣就大大的改善了電機的振動和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點才是細分的真正優(yōu)點。由于細分驅(qū)動器要控制電機的 相電流，所以對驅(qū)動器要有相當高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會較高。注意，國內(nèi)有一些驅(qū)動器采用“平滑”來取代細分，有的亦稱為細分，但這不是真正的細分，望廣大用戶一定要分清兩者的本質(zhì)不同：
15．“平滑”并不控制電機的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以“平滑”并不產(chǎn)生微步，而細分的微步是可以用來定位的。
16．電機的相電流被平滑后，會引起電機力矩的下降，而細分控制不但不會引起電機力矩的下降，相反，力矩會有所增加。
17.兩相和五相的混合式步進電機的應用場合有何不同？
問題解答：
一般來說，兩相電機步距角大，高速特性好,但是存在低速振動區(qū)。而五相電機步距角小，低速運行平穩(wěn)。所以，在對電機的 運轉(zhuǎn)精度要求較高 ，且主要在中低速段（一般低于600轉(zhuǎn)/分） 的場合應選用五相電機；反之，若追求電機的高速性能，對精度及平穩(wěn)性無太多要求的場合應選用成本較低的兩相電機。另外，五相電機的力矩通常在2NM以上，對小力矩的應用，一般采用兩相電機，而低速平穩(wěn)性的問題可以通過采用細分驅(qū)動器的 方式解決。
和步進電機相比，伺服電機有以下幾點優(yōu)勢：
1、實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；
2、高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達到2000～3000轉(zhuǎn)；
3、抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用；
4、低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)象。適用于有高速響應要求的場合；
5、電機加減速的動態(tài)相應時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；6、發(fā)熱和噪音明顯降低。
現(xiàn)在的繡花機維修，一般情況都是更換驅(qū)動板。但拿回來后一般都要寄到大豪辦事處去修。我想大家都感到很不方便吧！即使自己能維修的情況下，修好后也要跑到用戶那里去試，這樣大家都麻煩吧。但這樣的麻煩是可以省去的。我們可以在家里做一個測試臺，就可以解決了。我做了一個大家看看可以為你的維修代來方便嗎？
我的維修思路如下圖：
本維修測試臺由電源（有高壓，低壓，保護電路，高壓延時，高壓放電電路組成）＋控制板（產(chǎn)生步進電機驅(qū)動電源所需的信號，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，啟動，停止，信號指示，限流信號，故障信號）＋被維修的電機板＋五相步進電機組成。
附：步進電機小知識！
1.什么是步進電機?
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
2.步進電機分哪幾種?
步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應式（VR）和混合式（HB）
永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；
反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用zui為廣泛。
3.什么是保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）?
保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機zui重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機zui重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。
4.什么是DETENT TORQUE?
DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。
5.步進電機精度為多少？是否累積?
一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。
6.步進電機的外表溫度允許達到多少?
步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的zui高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。
7.為什么步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降?
當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。
8.為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲?
步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。
9.如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動和噪聲?
步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：
A.如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū)；
B.采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是zui常用的、zui簡便的方法；
C.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；
D.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；
E.在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。
10.細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度?
步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8° 的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達到或接近0.45°，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。
11.四相混合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別?
四相混合式步進電機一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較的場合使用，此時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的0.7倍，因而電機發(fā)熱??；并聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較高的場合使用（又稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。
12.如何確定步進電機驅(qū)動器的直流供電電源?
A.電壓的確定
混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如IM483的供電電壓為12～48VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的zui大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。
B.電流的確定
供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用開關電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
13.混合式步進電機驅(qū)動器的脫機信號FREE一般在什么情況下使用?
當脫機信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。在有些自動化設備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。
14.如果用簡單的方法調(diào)整兩相步進電機通電后的轉(zhuǎn)動方向?
只需將電機與驅(qū)動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調(diào)即可。
關于驅(qū)動器的細分原理及一些相關說明（轉(zhuǎn)載）
在國外，對于步進系統(tǒng)，主要采用二相混合式步進電機及相應的細分驅(qū)動器。但在國內(nèi)，廣大用戶對“細分”還不是特別了解，有的只是認為，細分是為了提高精度，其實不然，細分主要是改善電機的運行性能，現(xiàn)說明如下：步進電機的細分控制是由驅(qū)動器控制步進電機的相電流來實現(xiàn)的，以二相電機為例，假如電機的額定相電流為3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動該電機，電機每運行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會引起電機運行的振動和噪音。如果使用細分驅(qū)動器，在10細分的狀態(tài)下驅(qū)動該電機，電機每運行一微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規(guī)律變化，這樣就大大的改善了電機的振動和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點才是細分的真正優(yōu)點。由于細分驅(qū)動器要控制電機的 相電流，所以對驅(qū)動器要有相當高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會較高。注意，國內(nèi)有一些驅(qū)動器采用“平滑”來取代細分，有的亦稱為細分，但這不是真正的細分，望廣大用戶一定要分清兩者的本質(zhì)不同：
15．“平滑”并不控制電機的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以“平滑”并不產(chǎn)生微步，而細分的微步是可以用來定位的。
16．電機的相電流被平滑后，會引起電機力矩的下降，而細分控制不但不會引起電機力矩的下降，相反，力矩會有所增加。
17.兩相和五相的混合式步進電機的應用場合有何不同？
問題解答：
一般來說，兩相電機步距角大，高速特性好,但是存在低速振動區(qū)。而五相電機步距角小，低速運行平穩(wěn)。所以，在對電機的 運轉(zhuǎn)精度要求較高 ，且主要在中低速段（一般低于600轉(zhuǎn)/分） 的場合應選用五相電機；反之，若追求電機的高速性能，對精度及平穩(wěn)性無太多要求的場合應選用成本較低的兩相電機。另外，五相電機的力矩通常在2NM以上，對小力矩的應用，一般采用兩相電機，而低速平穩(wěn)性的問題可以通過采用細分驅(qū)動器的 方式解決。
和步進電機相比，伺服電機有以下幾點優(yōu)勢：
1、實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；
2、高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達到2000～3000轉(zhuǎn)；
3、抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用；
4、低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)象。適用于有高速響應要求的場合；
5、電機加減速的動態(tài)相應時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；6、發(fā)熱和噪音明顯降低。
