Als digitales Steuerungselement findet der Schrittmotor breite Anwendung in Bewegungssteuerungssystemen. Viele Anwender berichten von einer starken Wärmeentwicklung im Betrieb und fragen sich, ob dies normal ist. Tatsächlich ist Wärmeentwicklung ein häufiges Phänomen bei Schrittmotoren. Doch ab welchem Grad an Wärme gilt dies als normal, und wie lässt sich die Wärmeentwicklung minimieren?
I. um zu verstehen, warum sich der Schrittmotor erhitzt.
Bei allen Arten von Schrittmotoren besteht das Innenleben aus einem Eisenkern und einer Wicklung. Der Wicklungswiderstand verursacht Verluste, die proportional zum Quadrat des Widerstands und des Stroms sind. Dies wird oft als Kupferverlust bezeichnet. Bei nicht-standardmäßigem Gleichstrom oder Sinusstrom entstehen zusätzlich Oberwellenverluste. Im Wechselfeld verursacht die Kernhysterese Wirbelstromverluste, die von der Materialgröße, dem Strom, der Frequenz und der Spannung abhängen. Diese Verluste werden als Eisenverluste bezeichnet. Kupfer- und Eisenverluste äußern sich in Form von Wärmeentwicklung und beeinträchtigen somit den Wirkungsgrad des Motors.
Schrittmotoren zielen im Allgemeinen auf Positioniergenauigkeit und Drehmomentabgabe ab, ihr Wirkungsgrad ist relativ gering, der Strom ist im Allgemeinen groß und weist hohe Oberwellenanteile auf. Die Stromfrequenz ändert sich mit der Drehzahl, daher kommt es bei Schrittmotoren im Allgemeinen zu einer Wärmeentwicklung, die jedoch schwerwiegender ist als bei herkömmlichen Wechselstrommotoren.
II. die Wärmeregelung des Schrittmotors in einem angemessenen Bereich.
Die zulässige Wärmeentwicklung eines Motors hängt hauptsächlich von der Qualität seiner internen Isolierung ab. Diese wird erst bei hohen Temperaturen (über 130 °C) zerstört. Solange die Innentemperatur 130 °C nicht übersteigt, wird der Motor nicht beschädigt und die Oberflächentemperatur liegt unter 90 °C. Daher ist eine Oberflächentemperatur von 70–80 °C bei einem Schrittmotor normal. Mit einem einfachen Thermometer lässt sich die Temperatur grob abschätzen: Hält die Hand 1–2 Sekunden, liegt die Temperatur unter 60 °C; lässt sie sich nur kurz berühren, sind es etwa 70–80 °C; verdampfen ein paar Wassertropfen schnell, liegt die Temperatur über 90 °C. Alternativ kann man auch ein Infrarot-Thermometer verwenden.
III. Erwärmung des Schrittmotors bei Drehzahländerungen.
Bei Verwendung der Konstantstrom-Ansteuerungstechnologie wird der Strom des Schrittmotors im Stillstand und bei niedriger Drehzahl relativ konstant gehalten, um ein konstantes Drehmoment zu gewährleisten.
Bei höheren Drehzahlen steigt das Gegenpotenzial im Motor an, der Strom sinkt allmählich und das Drehmoment nimmt ebenfalls ab. Daher hängt die Wärmeentwicklung durch Kupferverluste von der Drehzahl ab.
Die Wärmeentwicklung ist im Allgemeinen bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen hoch und bei hohen Drehzahlen niedrig. Die Eisenverluste (wenn auch nur prozentual) ändern sich jedoch nicht, und die Gesamtwärme des Motors ist die Summe beider Werte. Daher stellt die obige Aussage lediglich eine allgemeine Situation dar.
IV. die Auswirkungen der Hitze
Die Wärmeentwicklung des Motors beeinträchtigt dessen Lebensdauer im Allgemeinen nicht, weshalb die meisten Kunden ihr keine Beachtung schenken müssen. Übermäßige Hitze kann jedoch negative Auswirkungen haben.
Beispielsweise können sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der inneren Motorteile sowie die durch Änderungen des inneren Luftspalts verursachten strukturellen Spannungen auf das dynamische Verhalten des Motors auswirken; bei hohen Drehzahlen kann es leicht zu Schrittverlusten kommen.
Ein weiteres Beispiel: In manchen Anwendungsbereichen ist eine übermäßige Erwärmung des Motors unerwünscht, etwa bei medizinischen Geräten und hochpräzisen Prüfgeräten. Daher muss die Motorwärme unbedingt kontrolliert werden.
五、 Reduzieren Sie die Motorwärme.
Die Reduzierung der Wärmeentwicklung verringert die Kupfer- und Eisenverluste. Die Reduzierung der Kupferverluste erfolgt in zwei Richtungen: durch Verringerung des Widerstands und des Stroms. Daher ist bei der Auswahl kleiner Motoren, insbesondere von Zweiphasenmotoren, die Wahl eines möglichst geringen Widerstands und Nennstroms erforderlich. In Reihe geschaltete Motoren sind nicht notwendig, da keine Parallelschaltung erforderlich ist.
Dies steht jedoch oft im Widerspruch zu den Anforderungen an Drehmoment und hohe Drehzahl.
Bei der Auswahl des Motors sollten die automatische Halbstromregelung und die Offline-Funktion des Antriebs voll ausgeschöpft werden. Erstere reduziert automatisch den Strom, wenn sich der Motor im Stillstand befindet, letztere unterbricht den Stromfluss einfach.
Darüber hinaus führt eine fein abgestufte Ansteuerung aufgrund der nahezu sinusförmigen Stromwellenform zu weniger Oberschwingungen und damit zu einer geringeren Motorerwärmung. Es gibt nur wenige Möglichkeiten, Eisenverluste zu reduzieren. Die Spannungsebene ist bei Hochspannungsantrieben mit einer Verbesserung der Hochgeschwindigkeitseigenschaften verbunden, führt aber auch zu einer erhöhten Wärmeentwicklung.
Daher sollten wir die geeignete Ansteuerspannung unter Berücksichtigung der hohen Drehzahl, der Laufruhe, der Wärmeentwicklung, des Geräuschpegels und anderer Indikatoren wählen.
Veröffentlichungsdatum: 13. September 2024