Analyse der Ursachen für die Erwärmung des Schrittmotors

Grund eins.

Einer der bedeutendsten Vorteile vonSchrittmotorenist die präzise Steuerung, die in einem offenen Regelkreis erreicht werden kann. Bei einer offenen Regelung sind keine Rückkopplungsinformationen über die (Rotor-)Position erforderlich.

Diese Steuerung vermeidet den Einsatz teurer Sensoren und Rückmeldegeräte wie optischer Encoder, da nur die eingegebenen Schrittimpulse verfolgt werden müssen, um die Position des (Rotors) zu ermitteln. Kürzlich haben einige Kunden unsere Shangshe-Motoreningenieure darauf hingewiesen, dass Schrittmotoren auch anfällig für Hitzeprobleme sind. Wie kann dieses Problem also gelöst werden? 

1, reduzierenSchrittmotorWärme. Wärmereduzierung bedeutet, Kupfer- und Eisenverluste zu reduzieren. Reduzieren Sie Kupferverluste in zwei Richtungen, reduzieren Sie elektrisches Yin und Strom, was die Auswahl eines kleinen Widerstands und eines möglichst kleinen Nennstroms erfordert. Bei Motoren, zweiphasigen Schrittmotoren, kann ein Reihenmotor statt eines Parallelmotors verwendet werden, was jedoch oft den Anforderungen an Drehmoment und hohe Geschwindigkeit widerspricht.

2. Bei der Auswahl des Motors sollten Sie die automatische Halbstromregelungsfunktion und die Offline-Funktion des Antriebs voll ausnutzen. Erstere reduziert den Strom automatisch, wenn der Motor stillsteht, letztere unterbricht einfach den Strom.

3. Darüber hinaus ist die Stromwellenform des Unterteilungsschrittmotorantriebs aufgrund der nahezu sinusförmigen Stromform geringer, was zu weniger Oberwellen führt und die Motorerwärmung verringert. Es gibt einige Möglichkeiten, den Eisenverlust zu reduzieren. Dies hängt mit dem Spannungsniveau zusammen. Ein Hochspannungsantriebsmotor verbessert zwar die Geschwindigkeitseigenschaften, führt aber auch zu einer erhöhten Wärmeentwicklung. 

4. Wählen Sie den geeigneten Spannungspegel des Antriebsmotors unter Berücksichtigung des hohen Bandes, der Laufruhe und der Wärme-, Geräusch- und anderer Indikatoren.

Grund zwei.

Obwohl die Wärmeentwicklung eines Schrittmotors im Allgemeinen nicht dessen Lebensdauer beeinträchtigt, ist sie für die meisten Kunden nicht relevant. Sie kann jedoch erhebliche negative Auswirkungen haben. So beeinflussen beispielsweise Änderungen des inneren Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Bauteile des Schrittmotors sowie kleine Änderungen des inneren Luftspalts die Dynamik des Schrittmotors, sodass bei hohen Geschwindigkeiten leicht der Schritt verloren geht. Ein weiteres Beispiel: In manchen Fällen, beispielsweise in medizinischen Geräten und hochpräzisen Prüfgeräten, darf die Wärmeentwicklung des Schrittmotors nicht übermäßig stark sein. Daher sollte die Wärmeentwicklung des Schrittmotors kontrolliert werden. Die Motorwärme wird durch diese Faktoren verursacht.

1, der vom Treiber eingestellte Strom ist größer als der Nennstrom des Motors

2, die Geschwindigkeit des Motors ist zu hoch

3. Der Motor selbst hat ein großes Trägheits- und Positionierdrehmoment, sodass er selbst bei mittlerer Geschwindigkeit heiß wird, was jedoch die Lebensdauer des Motors nicht beeinträchtigt. Der Entmagnetisierungspunkt des Motors liegt bei 130–200 °C, daher ist eine Motortemperatur von 70–90 °C ein normales Phänomen. Solange die Temperatur unter 130 °C liegt, stellt dies im Allgemeinen kein Problem dar. Wenn Sie sich wirklich überhitzt fühlen, wird der Antriebsstrom auf etwa 70 % des Motornennstroms eingestellt oder die Motordrehzahl etwas reduziert.

Grund drei.

Schrittmotoren werden als digitales Betätigungselement häufig in Bewegungssteuerungssystemen eingesetzt. Viele Anwender und Freunde von Schrittmotoren haben das Gefühl, dass der Motor beim Betrieb große Hitze entwickelt und sind sich nicht sicher, ob dies normal ist. Tatsächlich ist Hitze ein häufiges Phänomen bei Schrittmotoren. Doch welcher Grad an Hitze ist normal und wie kann die Hitzeentwicklung des Schrittmotors minimiert werden?

 

Im Folgenden nehmen wir eine einfache Klassifizierung vor, die hoffentlich in der tatsächlichen Arbeit praktische Anwendungen findet:

1 Motorheizungsprinzip

Normalerweise sehen wir bei allen Arten von Motoren einen inneren Kern und eine Wicklung. Die Wicklung weist einen Widerstand auf. Unter Spannung entstehen Verluste. Die Größe des Verlusts und des Widerstands sowie der Stromstärke im Quadrat sind proportional zum Verlust. Dies wird oft als Kupferverlust bezeichnet. Wenn der Strom kein Standard-Gleichstrom oder keine Sinuswelle ist, treten auch harmonische Verluste auf. Der Kern weist einen Hysterese-Wirbelstromeffekt auf. In einem magnetischen Wechselfeld entstehen ebenfalls Verluste. Die Größe des Materials, der Stromstärke, der Frequenz und der Spannung hängen von dieser ab. Diese Verluste werden als Eisenverluste bezeichnet. Kupfer- und Eisenverluste äußern sich in Form von Wärme und beeinträchtigen so die Effizienz des Motors. Schrittmotoren streben im Allgemeinen nach Positioniergenauigkeit und Drehmomentabgabe. Der Wirkungsgrad ist relativ niedrig, die Stromstärke ist im Allgemeinen relativ hoch und es gibt viele harmonische Komponenten. Die Stromwechselfrequenz variiert ebenfalls mit der Geschwindigkeit. Daher entsteht bei Schrittmotoren im Allgemeinen Wärme, was schwerwiegender ist als bei herkömmlichen Wechselstrommotoren.

2 Schrittmotor-Wärme angemessener Bereich

Die zulässige Wärmeentwicklung des Motors hängt maßgeblich von der internen Isolierung des Motors ab. Die interne Isolierung wird erst bei hohen Temperaturen (über 130 Grad) zerstört. Solange die interne Temperatur 130 Grad nicht überschreitet, wird der Motorring nicht beschädigt, und die Oberflächentemperatur liegt dann unter 90 Grad. Daher ist eine Oberflächentemperatur von 70–80 Grad für Schrittmotoren normal. Eine einfache Temperaturmessmethode mit einem praktischen Punktthermometer ermöglicht eine grobe Bestimmung: Bei Berührung mit der Hand für mehr als 1–2 Sekunden beträgt die Temperatur nicht mehr als 60 Grad; bei Berührung mit der Hand beträgt sie nur etwa 70–80 Grad; verdunsten einige Tropfen Wasser schnell, beträgt sie mehr als 90 Grad

3-Schrittmotor-Heizung mit Geschwindigkeitsänderung

Bei der Konstantstrom-Antriebstechnologie bleibt der Strom des Schrittmotors bei statischer und niedriger Drehzahl konstant, um ein konstantes Drehmoment aufrechtzuerhalten. Bei einer bestimmten Drehzahl steigt das interne Gegenpotential des Motors an, der Strom sinkt allmählich und auch das Drehmoment nimmt ab. Daher ist die Erwärmung durch Kupferverluste drehzahlabhängig. Statische und niedrige Drehzahlen erzeugen im Allgemeinen viel Wärme, während hohe Drehzahlen wenig Wärme erzeugen. Die Änderungen des Eisenverlusts (wenn auch in geringerem Maße) sind jedoch nicht gleich, und die gesamte Motorwärme ergibt sich aus beiden. Die obige Beschreibung stellt daher nur die allgemeine Situation dar.

4 Hitze durch den Aufprall

Obwohl die Motorwärme im Allgemeinen keine Auswirkungen auf die Lebensdauer des Motors hat, müssen die meisten Kunden darauf nicht achten. Sie kann jedoch erhebliche negative Auswirkungen haben. So führen beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der inneren Motorteile zu Veränderungen der Strukturspannung, und kleine Veränderungen des inneren Luftspalts beeinträchtigen das dynamische Verhalten des Motors, wodurch bei hohen Drehzahlen leicht die Geschwindigkeit verloren geht. Ein weiteres Beispiel sind Anwendungen, bei denen übermäßige Motorwärme vermieden werden sollte, beispielsweise bei medizinischen Geräten und hochpräzisen Prüfgeräten. Daher sollte die Wärmeentwicklung des Motors entsprechend kontrolliert werden.

 5 So reduzieren Sie die Wärme des Motors

Die Reduzierung der Wärmeentwicklung bedeutet, Kupfer- und Eisenverluste zu verringern. Die Reduzierung von Kupferverlusten in zwei Richtungen, nämlich Widerstand und Stromstärke, erfordert die Wahl eines möglichst kleinen Widerstands und Nennstroms. Bei Zweiphasenmotoren kann der Motor in Reihe geschaltet werden, ohne dass ein Parallelbetrieb möglich ist. Dies widerspricht jedoch häufig den Anforderungen an Drehmoment und hohe Drehzahl. Für den ausgewählten Motor sollten die automatische Halbstromregelung und die Offline-Funktion des Antriebs voll ausgenutzt werden. Erstere reduziert den Strom automatisch, wenn der Motor stillsteht, und letztere unterbricht den Strom einfach. Darüber hinaus weist der Unterteilungsantrieb aufgrund der nahezu sinusförmigen Stromwellenform weniger Oberwellen auf, wodurch sich auch die Motorerwärmung verringert. Es gibt einige Möglichkeiten, Eisenverluste zu reduzieren, und die Höhe der Spannung ist damit verbunden. Obwohl ein mit hoher Spannung betriebener Motor die Geschwindigkeitseigenschaften verbessert, bringt er auch eine höhere Wärmeentwicklung mit sich. Daher sollte die Antriebsspannung unter Berücksichtigung von Geschwindigkeit, Laufruhe, Wärmeentwicklung und anderen Indikatoren angemessen gewählt werden.

Bei allen Arten von Schrittmotoren besteht das Innere aus einem Eisenkern und einer Wicklung. Die Wicklung weist einen Widerstand auf. Bei Bestromung entstehen Verluste. Die Größe der Verluste ist proportional zum Quadrat des Widerstands und des Stroms. Dies wird oft als Kupfermeteor bezeichnet. Wenn der Strom kein Standard-Gleichstrom oder Sinus ist, treten auch harmonische Verluste auf. Der Kern weist einen Hysterese-Wirbelstromeffekt auf. In einem magnetischen Wechselfeld entstehen ebenfalls Verluste. Die Größe des Materials, des Stroms, der Frequenz und der Spannung hängt von diesen ab. Diese Verluste werden als Eisenverluste bezeichnet. Kupferverluste und Eisenverluste äußern sich in Form von Wärme und beeinträchtigen somit die Effizienz des Motors. Schrittmotoren streben im Allgemeinen nach Positioniergenauigkeit und Drehmomentabgabe. Der Wirkungsgrad ist relativ niedrig, der Strom ist im Allgemeinen relativ hoch und es gibt viele harmonische Komponenten. Die Stromwechselfrequenz variiert ebenfalls mit der Geschwindigkeit. Daher erzeugen Schrittmotoren im Allgemeinen Wärme, was schwerwiegender ist als bei herkömmlichen Wechselstrommotoren.