Шаговый двигатель, как цифровой исполнительный элемент, широко используется в системах управления движением. Многие пользователи и знакомые, работающие с шаговыми двигателями, отмечают сильный нагрев, что вызывает у них сомнения, и они не знают, является ли это явление нормальным. На самом деле, нагрев — это распространенное явление для шаговых двигателей, но какой уровень нагрева считается нормальным и как минимизировать нагрев шагового двигателя?
Во-первых, чтобы понять, почему шаговый двигатель нагревается.
Во всех типах шаговых двигателей внутреннее устройство состоит из железного сердечника и обмотки. Сопротивление обмотки приводит к потерям мощности, величина потерь и сопротивление, а ток пропорциональны квадрату величины потерь в меди. Если ток не является стандартным постоянным или синусоидальным, возникают также гармонические потери; эффект вихревых токов в сердечнике в переменном магнитном поле также приводит к потерям, величина которых зависит от материала, тока, частоты и напряжения, что называется потерями в железе. Потери в меди и в железе проявляются в виде выделения тепла, что влияет на эффективность двигателя.
Шаговые двигатели, как правило, стремятся к высокой точности позиционирования и крутящему моменту, однако их КПД относительно низок, ток обычно велик, а гармонические составляющие высоки, частота тока изменяется в зависимости от скорости, поэтому шаговые двигатели обычно сильно нагреваются, причем эта проблема более серьезна, чем у обычных двигателей переменного тока.
II. Контроль температуры шагового двигателя в пределах разумного диапазона.
Допустимая степень нагрева двигателя в основном зависит от уровня внутренней изоляции двигателя. Внутренняя изоляция не разрушается, пока не нагреется до высокой температуры (выше 130 градусов). Поэтому, пока внутренняя температура не превышает 130 градусов, двигатель не будет поврежден, а температура поверхности будет ниже 90 градусов. Следовательно, температура поверхности шагового двигателя в 70-80 градусов является нормальной. Простым методом измерения температуры с помощью термометра можно также приблизительно определить температуру: если прикоснуться рукой к двигателю более 1-2 секунд, температура не превышает 60 градусов; если прикоснуться рукой — около 70-80 градусов; если несколько капель воды быстро испарятся, температура превысит 90 градусов; конечно, можно также использовать термометр-пистолет.
III. Нагрев шагового двигателя при изменении скорости.
При использовании технологии привода с постоянным током шаговый двигатель работает в статическом режиме на низкой скорости, при этом ток поддерживается на относительно постоянном уровне, что обеспечивает постоянный выходной крутящий момент.
При достижении определенной скорости вращения обратный потенциал внутри двигателя возрастает, ток постепенно уменьшается, а крутящий момент также снижается. Следовательно, тепловыделение из-за потерь в меди связано со скоростью вращения.
Как правило, тепловыделение высокое при статических и низких скоростях и низкое при высоких. Однако потери в железе (хотя и небольшая доля) не изменяются, и общее тепловыделение двигателя представляет собой сумму этих двух факторов, поэтому вышеописанная ситуация является лишь общей.
IV. Влияние тепла
Нагрев двигателя, хотя обычно и не влияет на срок его службы, большинству потребителей не нужно обращать на него внимание. Однако сильный перегрев может привести к некоторым негативным последствиям.
Например, коэффициент теплового расширения внутренних частей двигателя, а также различные структурные напряжения, вызванные изменениями внутреннего воздушного зазора, и даже небольшие изменения влияют на динамический отклик двигателя, что приводит к легкому пропуску шагов на высоких скоростях.
Другой пример: в некоторых случаях чрезмерный нагрев двигателя недопустим, например, в медицинском оборудовании и высокоточных измерительных приборах. Поэтому контроль за нагревом двигателя является обязательной задачей.
五、 Уменьшите нагрев двигателя.
Снижение тепловыделения заключается в уменьшении потерь в меди и железе. Уменьшение потерь в меди имеет два направления: снижение сопротивления и тока, что требует выбора как можно меньшего сопротивления и номинального тока при выборе маломощных двигателей, двухфазных двигателей; двигатели, работающие последовательно, могут использоваться без необходимости параллельного соединения.
Однако это часто противоречит требованиям к крутящему моменту и высокой скорости.
Для выбранного двигателя необходимо в полной мере использовать функцию автоматического регулирования половинного тока и функцию автономной работы привода. Первая автоматически уменьшает ток, когда двигатель находится в статическом состоянии, вторая просто отключает ток.
Кроме того, благодаря тонкому разделению тока и приближению формы волны к синусоидальной, уменьшается количество гармоник, а значит, и нагрев двигателя. Способов снижения потерь в железе немного, а уровень напряжения в высоковольтном приводе, хотя и улучшает высокоскоростные характеристики, приводит к увеличению тепловыделения.
Следовательно, следует выбирать соответствующий уровень напряжения питания, учитывая высокую скорость, плавность хода, а также тепловыделение, шум и другие показатели.
Дата публикации: 13 сентября 2024 г.