直流电机会永远不失步吗，浅谈直流电机的失步现象

很多朋友对直流电机会永远不失步吗，浅谈直流电机的失步现象不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

本文主要是对DC电机的介绍，并重点介绍了DC电机的失步现象。

DC电机直流电机是指能把DC能转化为机械能(DC电机)或机械能转化为DC能(DC发电机)的旋转电机。它是一种能实现直流电能和机械能相互转换的电机。当它作为电机工作时，是DC电机，将电能转化为机械能；当发电机运行时，它是一台DC发电机，将机械能转化为电能。组成结构

DC电机的结构应由定子和转子组成。DC发动机的静止部分叫做定子。定子的主要作用是产生磁场，由框架、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置组成。运转时的转动部分称为转子，主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是DC电机进行能量转换的枢纽，所以通常称为电枢，由转轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器和风扇组成。定子

(1)主磁极主磁极用于产生气隙磁场。主磁极由两部分组成：主磁极铁芯和励磁绕组。

铁芯一般由0.5 mm ~ 1.5 mm厚的硅钢片叠压铆接而成，分为极身和极靴两部分。上面有励磁绕组的部分叫极身，下面加宽的部分叫极靴。极靴比极身宽，既能调节气隙中磁场的分布，又便于励磁绕组的固定。励磁绕组用绝缘铜线绕制，套在主磁极铁芯上。整个主磁极用螺钉固定在底座上，(2)换向极

换向极用于改善换向，减少电机运行时电刷和换向器之间可能产生的换向火花。它一般安装在两个相邻的主极之间，由换向磁极铁芯和换向磁极绕组组成。换向极绕组由绝缘导线制成，套在换向极铁芯上，换向极数与主极数相等。(3)底座电机定子的外壳称为底座。框架有两个作用：一是固定主磁极、换向极和端盖，支撑和固定整个电机；

第二，框架本身也是磁路的一部分，从而在磁极之间形成磁路，磁通量通过的部分称为磁轭。为了保证框架有足够的机械强度和良好的导磁能，一般采用铸钢件或焊接钢板制成。(4)电刷装置

电刷装置用于引入或引出DC电压和DC电流。刷子装置由刷子、刷柄、刷杆和刷杆座组成。电刷放在刷握中，由弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触。刷握固定在刷杆上，刷杆安装在环形刷杆座上，必须相互绝缘。刷杆座安装在端盖或轴承内盖上，调整后可调整周向位置并固定。转子电枢铁芯(1)

电枢铁芯是主磁路的主要部分，也是用来嵌入电枢绕组的。电枢铁芯一般由0.5mm厚的硅钢片叠片制成，以减少电机运行时电枢铁芯中的涡流损耗和磁滞损耗。堆叠的铁芯固定在转轴或转子支架上。铁芯的外圆上开有电枢槽，电枢绕组嵌在槽内。(2)电枢绕组

电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是DC电机进行能量转换的关键部件，所以称为电枢。它是由许多线圈(以下简称元件)按照一定的规则连接而成。线圈由玻璃纤维包裹的高强度漆包线或扁铜线制成。不同线圈的线圈侧嵌在上下两层的电枢槽中，线圈与铁芯以及上下线圈侧都必须做好绝缘。为了防止离心力将线圈边缘甩出槽外，用槽楔将槽固定。

线圈伸出槽外的端部用热固性无纬玻璃带包扎。

(3)换向器在DC电机中，换向器上装有电刷，可将外接的DC电源转换成电枢线圈中的交流电，使电磁转矩方向恒定；在DC发电机中，换向器装有电刷，可以将电枢线圈中感应的交流电动势转化为从正负电刷中吸取的DC电动势。换向器是由许多换向器组成的圆柱体，换向器之间用云母片绝缘。(4)旋转轴

转轴支撑着转子的转动，需要一定的机械强度和刚度。它一般由圆钢制成。DC发电机是将机械能转化为DC能的机器。它主要用作DC电机、电解、

电镀、电熔、充电和交流发电机励磁电源用DC电机。虽然在需要直流电的地方也用电力整流元件将交流电转换成直流电，但交流整流电源在某些方面的工作性能并不能完全取代DC发电机。直流电动机

将直流电能转化为机械能的旋转装置。电机的定子提供磁场，DC电源向转子的绕组提供电流，换向器保持转子电流的方向和磁场产生的转矩不变。根据是否有共同的电刷换向器，DC电机可分为两类，包括有刷DC电机和无刷DC电机。随着微处理器技术和高开关频率的发展，

新型低功耗电力电子器件的应用、控制方法的优化以及低成本高磁能级永磁材料的出现，发展了一种新型DC电机。无刷DC电机既保持了传统DC电机良好的调速性能，又具有无滑动接触和换向火花、可靠性高、寿命长、噪音低等优点，因此被广泛应用于航空航天、数控机床、机器人、电动汽车、计算机外设和家用电器等领域。

根据供电方式的不同，无刷DC电机可分为两类：方波无刷DC电机，其反电动势波形和供电电流波形均为矩形波，也称为矩形波永磁同步电机；正弦波无刷DC电机，其反电动势波形和电源电流波形都是正弦波。

DC机会永远不会停止吗？说起步进电机，电气控制行业的工程师应该不陌生吧！它的误差不会长期积累，可以实现精确定位，控制比伺服简单。但步进电机精确控制的前提是电机不失步。怎样才能避免步进电机失步？

步进电机是一种开环控制电机，将电脉冲信号转换成角位移或线位移。在不失步的情况下，电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响。当步进电机接收到脉冲信号时，电机按设定的方向旋转一个固定的角度(步角或步角)，通过控制脉冲的个数和频率来控制电机的角位移和速度，从而实现精确的开环控制。

另外，步进电机每走一步所转过的角度与理论步数总有一定的误差，从一步到任何一步总有一定的误差。但是步进电机每转的步数是一样的，步差不会长期积累而不掉步。

以上提到的都是在不丢步的情况下。怎样才能避免走步？首先我们要知道导致电机失步的因素1、转子加速度比步进电机的旋转磁场慢；2、转子的平均速度高于定子磁场的平均转速；3、电机负载惯性大；4、步进电机共振。

当转子加速度慢于步进电机的旋转磁场时，即转子速度低于换相速度时，电机就会失步。这是因为输入电机的电能不足，产生的转矩无法使转子转速跟上定子磁场的转速，从而造成失步。转子的平均速度高于定子磁场的平均转速，也就是说定子通电时间长，比步进需要的时间长。转子在步进过程中获得的能量过多，导致电机产生的转矩过大，从而导致电机越级。

以上步进电机失步的原因，本质上都是步进电机驱动器选择不当造成的。只有选择正确合适的步进驱动器，步进电机才能发挥其精确控制的优势。选择合适的驱动器需要根据电机的电流匹配大于等于这个电流的驱动器。如果需要低振动或高精度，可以使用细分驱动器。对于大扭矩电机，尽可能使用高压驱动器，以获得良好的高速性能。

同时，对于驱动电源，很多人直接使用开关电源作为驱动电源，但一般不会使用开关电源，尤其是大力矩电机，除非你选择所需功率两倍以上的开关电源。由于电机工作时是一个大电感负载，会在电源端形成一个瞬时高压。而开关电源的过载性能不好，会保护其不关断，其精密的稳压性能是不必要的，有时可能会对开关电源和驱动器造成损坏。

对于步进电机的驱动电源，可以使用传统的带环形或R变压器的DC电源。

步进电机之所以谐振，是因为电机接收到的脉冲频率等于步进电机的固有频率，这与驱动器的细分有关。我们一般使用步进电机时，驱动器的细分能力很重要，谐振范围越小越好。电机负载惯性大是电机过载造成的，使用时只要注意不要让电机过载就可以避免。

步进电机和驱动器的选择方法很多，但应遵循先选择步进电机，后选择步进电机驱动器的原则。首先要定义负载特性，然后通过比较不同类型步进电机的静态转矩和矩频曲线，找到与负载特性最匹配的步进电机。董工程师推荐以下步进电机的选择方法：

1、还应特别考虑电机速度的选择。因为电机的输出扭矩与转速成反比。也就是说，在低速时(每分钟几百转以下，其输出扭矩大)，高速时(每分钟1000转-9000转)扭矩很小。当然，有些工况需要高速电机，所以需要测量步进电机的线圈电阻和电感。

选择电感略小的电机作为高速电机，可以获得较大的输出扭矩。另一方面，当需要低速大转矩时，选择十几或几十mH的电感和较大的电阻比较好。

2、步进电机转矩的选择步进电机的保持转矩类似于传统电机所说的“功率”。当然有本质的区别。步进电机的物理结构与交流和DC电机完全不同，电机的输出功率是可变的。通常是根据需要的扭矩(即被驱动物体的扭矩)，选择哪种类型的电机。

一般来说，扭矩在0.8N.m以下时，选择20，28、35、42(电机体直径或垂直度，单位：mm)；如果扭矩在1N.m左右，选择57电机比较合适。当扭矩为几N.m以上时，需要选择86、110、130等规格的步进电机。

3、步进电机相数的选择很多客户很少关注这个内容，大多是随便买的。其实不同相的电机工作效果是不一样的。相数越多，步距角可以越小，工作时的振动也越小。大多数情况下，两相电机使用较多。在高速高转矩的工作环境下，选择三相步进电机是可行的。

4、步进电机空载起动频率的选择步进电机空载起动频率通常称为“空载起动频率”。这是选购电机的一个重要指标。如果要求瞬间频繁启停，转速在1000转左右(或更高)，通常需要“加速启动”。如果需要直接启动实现高速运转，最好选择电抗式或永磁电机。这些电机的“空频”相对较高。

5、根据步进电机的使用环境，针对一些特殊场合，选用特殊的步进电机防水防油。比如水下机器人需要一个放水电机。对于专用电机，要有针对性的选择。对步进电机很了解的人都知道，这种电机的转矩会随着转速的升高而降低，也清楚这种电机在低速时可以正常运行，但运行速度高于一定值后，就可能无法启动。

这是因为步进电机有空载启动频率这个重要的技术参数，空载启动频率是指电机在空载条件下能够正常启动的脉冲频率。如果脉冲频率高于这个参数值，电机就不能正常启动，容易失步或失速。尤其是电机本身带负载时，启动频率会更低，否则会以更高的速度启动，电机无法正常运行。

如果在使用过程中需要使电机高速旋转，在脉冲频率方面要有一个加速过程，启动初期不能直接获得很高的脉冲频率。具体来说，启动电机时，大家都是用较低的频率，电机开始正常运转后，以一定的加速度上升到所希望的高频，电机从低速上升到高速，以满足电机高速旋转和运转的要求。

所以你在使用步进电机的时候，一定要注意它的启动操作，避免出现电机高速无法启动的现象。步进电机失步的原因及解决方法(1)。转子的加速度比步进电机的旋转磁场慢(转子的力n比步进电机的旋转磁场慢，即低于换相速度时，步进电机会失步)。

原因：输入电机的电能不足，步进电机中产生的同步转矩不能使转子速度跟随定子磁场的转速，从而造成失步。因为步进电机的动态输出转矩随着连续运行频率的增加而减小，任何高于这个频率的工作频率都会造成失步。这种失步说明步进电机转矩不足，拖动能力不足。解决方法：增加步进电机本身产生的电磁转矩。

a.可在额定电流范围内适当加大驱动电流；

b.在高频范围转矩不足时，可适当提高驱动电路的驱动电压；

c.改用转矩大的步进电动机等。

使步进电动机需要克服的转矩减小。

a.可适当降低电动机运行频率，以便提高电动机的输出转矩；

b.设定较长的加速时间，以便转子获得足够的能量。

（2）、转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度（转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度，这时定子通电励磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，使得步进电动机产生的输出转矩增大，从而使电动机越步。当用步进电动机驱动那些使负载上、下动作的机构时，更易产生越步现象）

原因：负载向下运动时，电动机所需的转矩减小。

解决方法：减小步进电动机的驱动电流，以便降低步进电动机的输出转矩。

（3）、步进电动机及所带负载存在惯性

原因：步进电动机自身及所带负载存在惯性，使得电动机在工作过程中不能立即起动和停止，而是在起动时出现丢步，在停止时发生越步。

解决方法：通过一个加速和减速过程，即以较低的速度起动，而后逐渐加速到某一速度运行，再逐渐减速直至停止。进行合理、平滑的加减速控制是保证步进驱动系统可靠、高效、精确运行的关键

（4）、步进电动机产生共振

原因：共振（步进电动机处于连续运行状态时，如果控制脉冲的频率等于步进电动机的固有频率，将产生共振。在一个控制脉冲周期内，振动得不到充分衰减，下一个脉冲就来到，因而在共振频率附近动态误差最大并会导致步进电动机失步）。

解决方法：适当减小步进电动机的驱动电流；采用细分驱动方法；采用阻尼方法，包括机械阻尼法。

结语关于直流电机的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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以上知识分享希望能够帮助到大家！