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如何解決步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱

發(fā)布時(shí)間:2013-03-07 責(zé)任編輯:easonxu

【導(dǎo)讀】步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。然而在使用的時(shí)候,感覺電機(jī)工作時(shí)有較大的發(fā)熱,實(shí)際上發(fā)熱是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)普遍現(xiàn)象,但怎樣的發(fā)熱程度才算正常,以及如何盡量減小步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱。


步進(jìn)電機(jī)作為一種數(shù)字式執(zhí)行元件,在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。許多用戶朋友在使用步進(jìn)電機(jī)的時(shí)候,感覺電機(jī)工作時(shí)有較大的發(fā)熱,心存疑慮,不知這種現(xiàn)象是否正常。實(shí)際上發(fā)熱是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)普遍現(xiàn)象,但怎樣的發(fā)熱程度才算正常,以及如何盡量減小步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱呢?以下是一些簡(jiǎn)單的分析。

圖1:步進(jìn)電機(jī)
圖1:步進(jìn)電機(jī)

發(fā)熱帶來的影響

電機(jī)發(fā)熱雖然一般不會(huì)影響電機(jī)的壽命,對(duì)大多數(shù)客戶來說沒必要理會(huì)。但是,嚴(yán)重的發(fā)熱會(huì)帶一些負(fù)面影響。如電機(jī)內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化,會(huì)影響電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),高速會(huì)容易失步。又如有些場(chǎng)合不允許電機(jī)的過度發(fā)熱,如醫(yī)療器械和高精度的測(cè)試設(shè)備等。因此對(duì)電機(jī)的發(fā)熱應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的控制。

步進(jìn)電機(jī)為什么會(huì)發(fā)熱

對(duì)于各種步進(jìn)電機(jī)而言,內(nèi)部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻,通電會(huì)產(chǎn)生損耗,損耗大小與電阻和電流的平方成正比,這就是我們常說的銅隕,如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波,還會(huì)產(chǎn)生諧波損耗;鐵心有磁滯渦流效應(yīng),在交變磁場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生損耗,其大小與材料、電流、頻率、電壓有關(guān),這叫鐵損。銅損和鐵損都會(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來,從而影響電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和力矩輸出,效率比較低,電流一般比較大,且諧波成分高,電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化,因而步進(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況,且情況比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。

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步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱的合理范圍

電機(jī)發(fā)熱允許到什么程度,主要取決于電機(jī)內(nèi)部絕緣等級(jí)。內(nèi)部絕緣性能在高溫下(130度以上)才會(huì)被破壞。所以只要內(nèi)部不超過130度,電機(jī)便不會(huì)損壞,而這時(shí)表面溫度會(huì)在90度以下。所以,步進(jìn)電機(jī)表面溫度在70-80度都是正常的。簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量方法有用點(diǎn)溫計(jì)的,也可以粗略判斷:用手可以觸摸1-2秒以上,不超過60度;用手只能碰一下,大約在70-80度;滴幾滴水迅速氣化,則90度以上了。

步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱隨速度變化的情況

采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí),步進(jìn)電機(jī)在靜態(tài)和低速下,電流會(huì)維持相對(duì)恒定,以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度,電機(jī)內(nèi)部反電勢(shì)升高,電流將逐步下降,力矩也會(huì)下降。因此,因銅損帶來的發(fā)熱情況就與速度相關(guān)了。靜態(tài)和低速時(shí)一般發(fā)熱高,高速時(shí)發(fā)熱低。但是鐵損(雖然占的比例較?。┳兓那闆r卻不盡然,而電機(jī)整個(gè)的發(fā)熱是二者之和,所以上述只是一般情況。

如何減少電機(jī)的發(fā)熱

減少發(fā)熱,就是減少銅損和鐵損。減少銅損有兩個(gè)方向,減少電陰和電流,這就要求在選型時(shí)盡量選擇電阻小和額定電流小的電機(jī),對(duì)兩相電機(jī),能用串聯(lián)的電機(jī)就不用并聯(lián)電機(jī),但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對(duì)于已經(jīng)選定的電機(jī),則應(yīng)充分利用驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)半流控制功能和脫機(jī)功能,前者在電機(jī)處于靜態(tài)時(shí)自動(dòng)減少電流,后者干脆將電流切斷。另外,細(xì)分驅(qū)動(dòng)器由于電流波形接近正弦,諧波少,電機(jī)發(fā)熱也會(huì)較少。減少鐵損的辦法不多,電壓等級(jí)與之有關(guān),高壓驅(qū)動(dòng)的電機(jī)雖然會(huì)帶來高速特性的提升,但也帶來發(fā)熱的增加。所以應(yīng)當(dāng)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí),兼顧高帶性、平穩(wěn)性和發(fā)熱、噪音等指標(biāo)。

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