如何尽量减少步进电机发热现象?
发布时间:2022-11-03浏览次数:2
一、要了解步进电机为什么会发热。
对于各种步进电机,内部由铁芯和绕组线圈组成。绕组电阻大,通电就会产生损耗,损耗与电阻和电流的平方成正比,也就是我们常说的铜损。如果电流不是标准的直流或正弦波,也会产生谐波损耗;铁芯中存在磁滞涡流效应,在交变磁场中也会产生损耗。其大小与材料、电流、频率、电压有关,称为铁损。铜损和铁损会以热量的形式表现出来,影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和转矩输出,效率低,电流大,谐波成分高,电流的交变频率也随转速变化。所以步进电机一般都会发热,情况比一般交流电机更严重。
二、步进电机的发热被控制在合理的范围内。
电机发热的允许程度主要取决于电机的内部绝缘等级。只有在高温下(130度以上),内部绝缘性能才会被破坏。所以只要内部温度不超过130度,电机就不会损坏,表面温度在90度以下。所以步进电机表面温度在70-80度是正常的。简单的测温方法,用点温度计大致可以判断:可以用手触摸1-2秒以上,但不能超过60度;只能用手摸,大概70-80度;几滴水迅速蒸发,温度在90度以上;当然也可以用测温qiang检测。
三、步进电机发热随速度变化
采用恒流驱动技术时,步进电机在静止和低速时电流会保持相对恒定,从而保持恒定的转矩输出。当转速达到一定程度时,电机内部反电动势会增大,电流逐渐减小,转矩也会减小。因此,铜损引起的发热与速度有关。一般来说,静态和低速时发热高,高速时发热低。但是铁损的变化(虽然占的比例很小)并不总是这样,电机整体发热是两者之和,所以以上只是一般情况。
四、发烧的影响
虽然电机发热一般不会影响电机的寿命,但是大部分客户没必要去关注。但是,严重发烧会带来一些负面影响。如果电机各部分的热膨胀系数不同,结构应力会发生变化,内部气隙也会发生微小变化,影响电机的动态响应,在高速时容易失步。再比如有些场合不允许电机过热,比如医疗器械、高精度测试设备等。因此,应该控制电机的发热。
五、降低电机发热。
减少热量就是减少铜损和铁损。降低铜损有两种方法,即降低电阻和电流。这就要求在选型时尽量选择低电阻、低额定电流的电机。对于两相电机,当可以使用串联电机时,不需要并联电机。但这往往与扭矩和高转速的要求相冲突。对于所选电机,应充分利用驱动器的自动半流控制功能和离线功能。前者在电机处于静止状态时自动减小电流,后者则只是切断电流。另外,由于细分驱动器的电流波形接近正弦,谐波少,电机发热少。降低铁损的方法不多,电压高低与之有关。高压驱动电机虽然会提高高速特性,但也会增加发热量。所以要选择合适的驱动电压电平,要考虑到高速、稳定、发热、噪声等指标。
对于各种步进电机,内部由铁芯和绕组线圈组成。绕组电阻大,通电就会产生损耗,损耗与电阻和电流的平方成正比,也就是我们常说的铜损。如果电流不是标准的直流或正弦波,也会产生谐波损耗;铁芯中存在磁滞涡流效应,在交变磁场中也会产生损耗。其大小与材料、电流、频率、电压有关,称为铁损。铜损和铁损会以热量的形式表现出来,影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和转矩输出,效率低,电流大,谐波成分高,电流的交变频率也随转速变化。所以步进电机一般都会发热,情况比一般交流电机更严重。
二、步进电机的发热被控制在合理的范围内。
电机发热的允许程度主要取决于电机的内部绝缘等级。只有在高温下(130度以上),内部绝缘性能才会被破坏。所以只要内部温度不超过130度,电机就不会损坏,表面温度在90度以下。所以步进电机表面温度在70-80度是正常的。简单的测温方法,用点温度计大致可以判断:可以用手触摸1-2秒以上,但不能超过60度;只能用手摸,大概70-80度;几滴水迅速蒸发,温度在90度以上;当然也可以用测温qiang检测。
三、步进电机发热随速度变化
采用恒流驱动技术时,步进电机在静止和低速时电流会保持相对恒定,从而保持恒定的转矩输出。当转速达到一定程度时,电机内部反电动势会增大,电流逐渐减小,转矩也会减小。因此,铜损引起的发热与速度有关。一般来说,静态和低速时发热高,高速时发热低。但是铁损的变化(虽然占的比例很小)并不总是这样,电机整体发热是两者之和,所以以上只是一般情况。
四、发烧的影响
虽然电机发热一般不会影响电机的寿命,但是大部分客户没必要去关注。但是,严重发烧会带来一些负面影响。如果电机各部分的热膨胀系数不同,结构应力会发生变化,内部气隙也会发生微小变化,影响电机的动态响应,在高速时容易失步。再比如有些场合不允许电机过热,比如医疗器械、高精度测试设备等。因此,应该控制电机的发热。
五、降低电机发热。
减少热量就是减少铜损和铁损。降低铜损有两种方法,即降低电阻和电流。这就要求在选型时尽量选择低电阻、低额定电流的电机。对于两相电机,当可以使用串联电机时,不需要并联电机。但这往往与扭矩和高转速的要求相冲突。对于所选电机,应充分利用驱动器的自动半流控制功能和离线功能。前者在电机处于静止状态时自动减小电流,后者则只是切断电流。另外,由于细分驱动器的电流波形接近正弦,谐波少,电机发热少。降低铁损的方法不多,电压高低与之有关。高压驱动电机虽然会提高高速特性,但也会增加发热量。所以要选择合适的驱动电压电平,要考虑到高速、稳定、发热、噪声等指标。
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