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如何尽量减小步进电机发热?
发布日期:[2019/7/18 15:32:30]    共阅[518]次

1. 步进电机为什么会发热
对于各种步进电机而言,内部都是由铁芯和绕组线圈组成的。绕组有电阻,通电会产生损耗,损耗大小与电阻和电流的平方成正比,这就是我们常说的铜损, 如果电流不是标准的直流或正弦波,还会产生谐波损耗;铁心有磁滞涡流效应,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,这叫铁损。铜 损和铁损都会以发热的形式表现出来,从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出,效率比较低,电流一般比较大,且谐波成分高,电流交变的频 率也随转速而变化,因而步进电机普遍存在发热情况,且情况比一般交流电机严重。

2. 步进电机发热的合理范围:
电机发热允许到什么程度,主要取决于电机内部绝缘等级。内部绝缘性能在高温下(130度以上)才会被破坏。所以只要内部不超过130度,电机便不会 损坏,而这时表面温度会在90度以下。所以,步进电机表面温度在70-80度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的,也可以粗略判断:用手可以触摸 1-2秒以上,不超过60度;用手只能碰一下,大约在70-80度;滴几滴水迅速气化,则90度以上了。

3. 步进电机发热随速度变化的情况:
采用恒流驱动技术时,步进电机在静态和低速下,电流会维持相对恒定,以保持恒力矩输出。速度高到一定程度,电机内部反电势升高,电流将逐步下降,力 矩也会下降。因此,因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高,高速时发热低。但是铁损(虽然占的比例较小)变化的情况却不尽然,而电 机整个的发热是二者之和,所以上述只是一般情况。

4. 发热带来的影响: 
电机发热虽然一般不会影响电机的寿命,对大多数客户来说没必要理会。但是,严重的发热会带来一些负面影响。如电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构 应力的变化和内部气隙的微小变化,会影响电机的动态响应,高速会容易失步。又如有些场合不允许电机的过度发热,如医疗器械和高精度的测试设备等。因此对电 机的发热应当进行必要的控制。

5. 如何减少电机的发热:
减少发热,就是减少铜损和铁损。 减少铜损有两个方向,减少电阻和电流,这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机,对两相电机,能用串联的电机就不用并联电机。但是这往往与力矩 和高速的要求相抵触。对于已经选定的电机,则应充分利用驱动器的自动半流控制功能和脱机功能,前者在电机处于静态时自动减少电流,后者干脆将电流切断。另 外,细分驱动器由于电流波形接近正弦,谐波少,电机发热也会较少。 减少铁损的办法不多,电压等级与之有关,高压驱动的电机虽然会带来高速特性的提升,但也带来发热的增加。所以应当选择合适的驱动电压等级,兼顾高速性,平 稳性和发热,噪音等指标。

总结:
任何电机都会发热,只是发热程度不同而已。关于各种电机步进电机而言,内部都是由铁芯和绕组线圈组成的。绕组有电阻,通电会产生损耗, 损耗大小与电阻和电流的平方成正比,这就是我们常说的铜损,假设电流不是标准的直流或正弦波,还会产生谐波损耗;死心有磁滞涡流效应,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,这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的方式表现出来,从而影响电机的效率。
步进电机普通追求定位精度和力矩输出,效率比较低,电流普通比较大,且谐波成分高,电流交变的频率也随转速而变化,因而电机步进电机普遍存在发热情况,且情况比普通交流电机严重。
电机发热固然普通不会影响电机的寿命,对大多数客户来说没必要理会。但是,严重的发热会带来一些负面影响。如电机内部各部分热收缩系数不同招致 结构应力的变化和内部气隙的微小变化,会影响电机的动态响应,高速会容易失步。又如有些场所不允许电机的过度发热,如医疗器械和高精度的测试设备等。因此 对电机的发热应当中止必要的控制。我们的步进电机用在钢铁机器人上,环境温度100多度,至今工作正常。
要减少步进电机的发可以采取的措 施如下:假设电机步进电机驱动器有自动半流方式,尽量让其工作在半流状态,由于此时电机步进电机全流工作发热最 大。假设负载力矩范围允许的情况下,可以把电机额定电流降下来,比如5A电机,让其工作在4A状态下,选择低电阻,低电流的电机步进电机,减少铜损和铁 损。加装风机,强迫散热。
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