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 lediglich die Eingangsschrittimpulse 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 lässt sich dieses Problem lösen? 

1, reduzierenSchrittmotorWärme. Wärmereduzierung bedeutet, Kupfer- und Eisenverluste zu reduzieren. Die Reduzierung von Kupferverlusten in zwei Richtungen verringert den elektrischen Yin und Strom. Dies erfordert die Auswahl eines kleinen Widerstands und eines möglichst geringen Nennstroms. Bei einem Zweiphasen-Schrittmotor kann ein Reihenmotor und kein Parallelmotor verwendet werden. Dies widerspricht jedoch häufig den Anforderungen an Drehmoment und hohe Geschwindigkeit.

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- und Lärmentwicklung sowie anderer Indikatoren.

Grund zwei.

Die Erwärmung von Schrittmotoren beeinträchtigt zwar in der Regel nicht die Lebensdauer des Motors und ist für die meisten Kunden unbedenklich. Sie kann jedoch erhebliche negative Auswirkungen haben. So beeinflussen beispielsweise Änderungen des inneren Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Bauteile des Schrittmotors sowie kleine Veränderungen des inneren Luftspalts das dynamische Verhalten des Schrittmotors, wodurch bei hohen Geschwindigkeiten leicht die Schrittweite verloren geht. Ein weiteres Beispiel: In manchen Anwendungen, beispielsweise in medizinischen Geräten und hochpräzisen Prüfgeräten, darf die übermäßige Wärmeentwicklung von Schrittmotoren nicht zugelassen werden. Daher sollte die Erwärmung des Schrittmotors kontrolliert werden. Die Motorerwärmung 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 bei Betrieb große Hitze entwickelt und sind sich nicht sicher, ob dies normal ist. Tatsächlich ist Hitzeentwicklung bei Schrittmotoren ein häufiges Phänomen. Doch welcher Grad an Hitze ist normal und wie lässt sich die Hitzeentwicklung minimieren?

 

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

1 Motorheizungsprinzip

Wir sehen üblicherweise alle Arten von Motoren, die im Inneren einen Kern und eine Wicklung haben. Die Wicklung weist einen Widerstand auf. Unter Spannung treten Verluste auf. Die Größe des Verlusts und des Widerstands sowie des Stroms 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 treten ebenfalls Verluste auf. Die Größe des Materials, des Stroms, der Frequenz und der Spannung hängt von diesen Verlusten ab. Diese werden als Eisenverluste bezeichnet. Kupfer- und Eisenverluste äußern sich in Form von Wärme und beeinträchtigen somit die Effizienz des Motors. Schrittmotoren streben im Allgemeinen nach Positioniergenauigkeit und Drehmomentabgabe. Die Effizienz ist relativ niedrig, der Strom ist im Allgemeinen relativ hoch und es gibt viele harmonische Komponenten. Die Stromwechselfrequenz variiert ebenfalls mit der Geschwindigkeit. Daher überhitzen Schrittmotoren im Allgemeinen und sind schwerwiegender als bei herkömmlichen Wechselstrommotoren.

2 Schrittmotor-Wärme angemessener Bereich

Die zulässige Wärmeentwicklung des Motors hängt maßgeblich von der inneren Isolierung des Motors ab. Die innere Isolierung wird erst bei hohen Temperaturen (über 130 Grad Celsius) zerstört. Solange die innere Temperatur 130 Grad Celsius nicht überschreitet, wird der Motorring nicht beschädigt, und die Oberflächentemperatur liegt dann unter 90 Grad Celsius. Daher ist eine Oberflächentemperatur des Schrittmotors zwischen 70 und 80 Grad Celsius normal. Mit einem einfachen Temperaturmessgerät lässt sich die Temperatur auch grob bestimmen: Bei Berührung mit der Hand länger als 1–2 Sekunden nicht über 60 Grad Celsius; bei Berührung mit der Hand nur etwa 70–80 Grad Celsius; verdunsten einige Tropfen Wasser schnell, liegt die Temperatur über 90 Grad Celsius.

3-Schrittmotorheizung mit Geschwindigkeitsänderung

Bei der Konstantstrom-Antriebstechnologie bleibt der Strom des Schrittmotors bei statischer und niedriger Drehzahl konstant, um ein konstantes Drehmoment zu gewährleisten. 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 in der Regel hohe Wärme, während hohe Drehzahlen geringe Wärme erzeugen. Die Änderungen des Eisenverlusts (wenn auch in geringerem Maße) sind jedoch nicht identisch, 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 in der Regel keinen Einfluss 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 abnimmt. Ein weiteres Beispiel sind Anwendungen, bei denen übermäßige Motorwärme vermieden werden sollte, beispielsweise in 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, also 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 Drehzahlen. 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.

Schrittmotoren aller Art bestehen im Inneren aus einem Eisenkern und einer Wicklung. Die Wicklung weist einen Widerstand auf. Unter Spannung treten Verluste auf, deren Größe proportional zum Quadrat des Widerstands und des Stroms ist. 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 treten ebenfalls Verluste auf, die von Material, Stromstärke, Frequenz und Spannung abhängen und als Eisenverluste bezeichnet werden. Kupferverluste und Eisenverluste äußern sich in Form von Wärme und beeinträchtigen somit den Wirkungsgrad des Motors. Schrittmotoren streben in der Regel nach Positioniergenauigkeit und Drehmomentabgabe. Der Wirkungsgrad ist relativ niedrig, der Strom ist in der Regel relativ hoch und es gibt viele harmonische Komponenten. Die Stromwechselfrequenz variiert zudem mit der Geschwindigkeit. Daher überhitzen Schrittmotoren in der Regel, was schwerwiegender ist als bei herkömmlichen Wechselstrommotoren.