Анализ причин перегрева шагового двигателя

Первая причина.

Одно из наиболее значимых преимуществшаговые двигателиЭто точное управление, которое может быть достигнуто в системе с разомкнутым контуром. Управление с разомкнутым контуром означает, что обратная связь о положении (ротора) не требуется.

Этот метод управления позволяет избежать использования дорогостоящих датчиков и устройств обратной связи, таких как оптические энкодеры, поскольку для определения положения (ротора) необходимо отслеживать только входные импульсы шагового двигателя. Недавно некоторые клиенты обратились к инженерам компании Shangshe, специализирующимся на двигателях, с вопросом о том, как решить эту проблему. 

1, уменьшитьшаговый двигательСнижение тепловыделения заключается в уменьшении потерь в меди и железе. Уменьшение потерь в меди происходит в двух направлениях, что снижает электрический ток и сопротивление, требуя выбора маломощного сопротивления и минимального номинального тока. В двухфазных шаговых двигателях можно использовать последовательное, а не параллельное соединение, но это часто противоречит требованиям к крутящему моменту и высокой скорости.

2. Для выбранного двигателя следует в полной мере использовать функцию автоматического регулирования половинного тока и функцию автономной работы привода; первая автоматически уменьшает ток, когда двигатель находится в состоянии покоя, вторая просто отключает ток.

3. Кроме того, в случае шагового двигателя с делительной разверткой форма тока близка к синусоидальной, что приводит к меньшему количеству гармоник и, следовательно, к меньшему нагреву двигателя. Существует несколько способов снижения потерь в железе, связанных с уровнем напряжения: высоковольтный привод двигателя, хотя и обеспечивает улучшение высокоскоростных характеристик, также приводит к увеличению тепловыделения. 

4. Следует выбрать соответствующий уровень напряжения приводного двигателя, учитывая такие показатели, как высокая пропускная способность, плавность хода, тепловыделение, шум и другие.

Вторая причина.

Нагрев шагового двигателя, как правило, не влияет на срок его службы, поэтому большинству клиентов не нужно обращать на это внимание. Однако, если говорить серьезно, это может привести к некоторым негативным последствиям. Например, изменение коэффициента теплового расширения каждой детали шагового двигателя, а также небольшие изменения внутреннего воздушного зазора влияют на динамический отклик двигателя, и на высоких скоростях легко может произойти потеря шагов. Другой пример: в некоторых случаях чрезмерное тепловыделение шаговых двигателей недопустимо, например, в медицинском оборудовании и высокоточных измерительных приборах. Поэтому необходимо контролировать нагрев шагового двигателя. Нагрев двигателя обусловлен именно этими факторами.

1. Ток, установленный драйвером, превышает номинальный ток двигателя.

2. Скорость двигателя слишком высока.

3. Сам двигатель обладает большой инерцией и моментом позиционирования, поэтому даже при работе на средних скоростях он будет нагреваться, но это не влияет на срок службы двигателя. Температура размагничивания двигателя составляет 130-200 ℃, поэтому нагрев до 70-90 ℃ является нормальным явлением, и, как правило, при температуре ниже 130 ℃ проблем не возникает. Если же вы действительно чувствуете перегрев, то ток привода следует уменьшить примерно до 70% от номинального тока двигателя или скорости вращения двигателя.

Третья причина.

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 сомнения и неуверенность в нормальности этого явления. На самом деле, нагрев — распространенное явление для шаговых двигателей, но какой уровень нагрева считается нормальным и как минимизировать нагрев шагового двигателя?

 

Далее мы проведём простую классификацию, которая, как мы надеемся, пригодится в практическом применении:

1. Принцип нагрева двигателя

Обычно мы видим различные типы двигателей, внутренний сердечник и обмотку. Обмотка имеет сопротивление, под напряжением возникают потери, величина которых, а также квадрат сопротивления и тока, пропорциональны потерям. Это часто называют медными потерями, если ток не является стандартным постоянным или синусоидальным, а также гармоническими потерями. Сердечник обладает эффектом вихревых токов, которые в переменном магнитном поле также вызывают потери. Величина потерь зависит от материала, тока, частоты и напряжения, и называется железными потерями. Медные и железные потери проявляются в виде тепла, что влияет на эффективность двигателя. Шаговые двигатели, как правило, стремятся к высокой точности позиционирования и крутящему моменту, но их эффективность относительно низка, ток обычно достаточно велик, а частота колебаний тока также изменяется в зависимости от скорости, поэтому шаговые двигатели обычно сильно нагреваются, и эта проблема более серьезна, чем у обычных двигателей переменного тока.

2 шаговых двигателя, диапазон нагрева приемлемый

Допустимый уровень тепловыделения двигателя во многом зависит от уровня внутренней изоляции двигателя. Внутренняя изоляция разрушается только при высоких температурах (выше 130 градусов). Поэтому, пока внутренняя температура не превышает 130 градусов, двигатель не повредит изоляцию, и температура поверхности в этом случае будет ниже 90 градусов. Следовательно, температура поверхности шагового двигателя в 70-80 градусов является нормальной. Простой метод измерения температуры — использование точечного термометра. Можно также приблизительно определить: при прикосновении рукой в ​​течение 1-2 секунд температура не превышает 60 градусов; при прикосновении рукой — около 70-80 градусов; если несколько капель воды быстро испарились, температура превышает 90 градусов.

3 шаговых двигателя с подогревом и регулировкой скорости.

При использовании технологии привода с постоянным током, в статическом режиме и на низких скоростях ток остается постоянным для поддержания постоянного крутящего момента. Когда скорость увеличивается до определенного уровня, внутреннее противопотенциал двигателя возрастает, ток постепенно падает, и крутящий момент также снижается. Следовательно, нагрев из-за потерь в меди будет зависеть от скорости. В статическом режиме и на низких скоростях обычно выделяется много тепла, тогда как на высоких скоростях — мало. Но потери в железе (хотя и в меньшей степени) изменяются не одинаково, и общий нагрев двигателя является суммой этих двух факторов, поэтому вышеописанное является лишь общей ситуацией.

4. Нагрев, вызванный ударом.

Хотя перегрев двигателя, как правило, не влияет на его срок службы, большинству потребителей не нужно обращать на это внимание. Однако, если говорить серьезно, это может привести к некоторым негативным последствиям. Например, различные коэффициенты теплового расширения внутренних частей двигателя приводят к изменению структурных напряжений, а небольшие изменения внутреннего воздушного зазора влияют на динамические характеристики двигателя, и на высоких скоростях легко происходит потеря скорости. Другой пример: в некоторых случаях чрезмерный нагрев двигателя недопустим, например, в медицинском оборудовании и высокоточных измерительных приборах. Поэтому тепловыделение двигателя следует контролировать по мере необходимости.

 5. Как снизить нагрев двигателя

Снижение тепловыделения заключается в уменьшении потерь в меди и железе. Уменьшение потерь в меди происходит в двух направлениях: снижение сопротивления и тока. Это требует выбора минимального сопротивления и номинального тока для двухфазного двигателя, который можно использовать последовательно, а не параллельно. 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 автономного режима привода: первая автоматически уменьшает ток в состоянии покоя двигателя, а вторая просто отключает ток. Кроме того, в случае привода с раздельным управлением, поскольку форма тока близка к синусоидальной, меньше гармоник, и, следовательно, меньше нагрева двигателя. Существует несколько способов уменьшения потерь в железе, и уровень напряжения связан с этим. Хотя двигатель, работающий от высокого напряжения, улучшает высокоскоростные характеристики, он также увеличивает тепловыделение. Поэтому следует выбирать соответствующий уровень напряжения привода, учитывая высокую скорость, плавность хода, а также тепловыделение, шум и другие показатели.

Во всех типах шаговых двигателей внутренняя часть состоит из железного сердечника и обмотки. Обмотка имеет сопротивление, под напряжением возникают потери, величина которых пропорциональна квадрату сопротивления и тока, что часто называют медными потерями. Если ток не является стандартным постоянным или синусоидальным, возникают также гармонические потери; в сердечнике присутствует эффект вихревых токов, которые в переменном магнитном поле также вызывают потери, величина которых зависит от материала, тока, частоты и напряжения, что называется потерями в железе. Медные и железные потери проявляются в виде тепла, что влияет на эффективность двигателя. Шаговые двигатели, как правило, стремятся к высокой точности позиционирования и крутящему моменту, но их эффективность относительно низка, ток обычно достаточно велик, а гармонические составляющие высоки, частота изменения тока также меняется в зависимости от скорости, поэтому шаговые двигатели обычно сильно нагреваются, и эта проблема более серьезна, чем у обычных двигателей переменного тока.