Wärmeerzeugungsprinzip vonSchrittmotor.
1. Normalerweise sieht man bei allen Arten von Motoren, dass das Innere aus einem Eisenkern und einer Wicklungsspule besteht.Die Wicklung weist einen Widerstand auf. Unter Spannung treten Verluste auf. Die Größe der Verluste ist proportional zum Quadrat des Widerstands und des Stroms. Dies wird oft als Kupferverlust bezeichnet. Wenn der Strom nicht die Standardgleichstrom- oder Sinuswelle ist, treten auch harmonische Verluste auf. Der Kern weist einen Hysterese-Wirbelstromeffekt auf. Im magnetischen Wechselfeld treten ebenfalls Verluste auf. Diese Verluste hängen von Größe, Material, Stromstärke, Frequenz und Spannung ab und 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, der Strom ist im Allgemeinen relativ hoch und weist hohe harmonische Komponenten auf. Die Stromwechselfrequenz variiert zudem mit der Geschwindigkeit. Daher entstehen bei Schrittmotoren im Allgemeinen Wärme, was schwerwiegender ist als bei herkömmlichen Wechselstrommotoren.
2, der angemessene Bereich vonSchrittmotorHitze.
Wie stark der Motor erwärmt wird, hängt hauptsächlich von der inneren Isolierung des Motors ab. Die innere Isolierung wird erst bei hohen Temperaturen (130 Grad oder mehr) zerstört. Solange die innere Temperatur 130 Grad nicht überschreitet, verliert der Motor nicht den Ring und die Oberflächentemperatur liegt zu diesem Zeitpunkt unter 90 Grad.
Daher ist eine Oberflächentemperatur des Schrittmotors von 70–80 Grad normal. Mit einem einfachen Punktthermometer lässt sich die Temperatur auch grob messen: Bei Berührung mit der Hand für mehr als 1–2 Sekunden liegt die Temperatur nicht über 60 Grad; bei bloßer Berührung mit der Hand liegt sie bei etwa 70–80 Grad; verdampfen ein paar Tropfen Wasser schnell, liegt sie über 90 Grad.
3, SchrittmotorHeizung mit Geschwindigkeitsänderungen.
Bei der Konstantstrom-Antriebstechnologie bleibt der Strom bei statischen und niedrigen Drehzahlen konstant, um ein konstantes Drehmoment aufrechtzuerhalten. Wenn die Drehzahl einen bestimmten Wert erreicht, steigt das interne Gegenpotential des Motors an, der Strom sinkt allmählich und auch das Drehmoment sinkt.
Daher ist der Erwärmungszustand aufgrund von Kupferverlusten geschwindigkeitsabhängig. Statische und niedrige Geschwindigkeiten erzeugen im Allgemeinen hohe Wärme, während hohe Geschwindigkeiten geringe Wärme erzeugen. Die Änderungen des Eisenverlusts (wenn auch in geringerem Maße) sind jedoch nicht gleich, und die Gesamtwärme des Motors ist die Summe der beiden. Daher ist das oben Gesagte nur die allgemeine Situation.
4, die Auswirkungen von Hitze.
Obwohl die Motorwärme im Allgemeinen keine Auswirkungen auf die Lebensdauer des Motors hat, müssen die meisten Kunden nicht darauf achten. Sie kann jedoch erhebliche negative Auswirkungen haben. So führen beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der inneren Motorteile zu Änderungen der Strukturspannung, und kleine Änderungen des inneren Luftspalts beeinträchtigen das dynamische Verhalten des Motors, wodurch bei hohen Geschwindigkeiten leicht die Trittfrequenz verloren geht. Ein weiteres Beispiel sind Anwendungen, bei denen übermäßige Motorwärme vermieden werden sollte, wie z. B. bei medizinischen Geräten und hochpräzisen Prüfgeräten. Daher sollte die Motorwärme unbedingt kontrolliert werden.
5. So reduzieren Sie die Hitze des Motors.
Die Reduzierung der Wärmeentwicklung bedeutet, Kupfer- und Eisenverluste zu reduzieren. Um Kupferverluste in zwei Richtungen zu reduzieren, müssen Widerstand und Stromstärke reduziert werden. Dies erfordert die Wahl eines möglichst kleinen Widerstands und Nennstroms des Motors. Der Zweiphasenmotor kann in Reihe ohne Parallelschaltung verwendet werden. Dies widerspricht jedoch oft 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.
Da die Stromwellenform beim Unterteilungsantrieb nahezu sinusförmig ist und weniger Oberwellen aufweist, erwärmt sich der Motor auch weniger. Es gibt einige Möglichkeiten, den Eisenverlust zu reduzieren, und die Höhe der Spannung hängt davon ab. Ein mit Hochspannung betriebener Motor verbessert zwar die Geschwindigkeitseigenschaften, führt aber auch zu einer erhöhten Wärmeentwicklung. Daher sollten wir die richtige Antriebsspannung wählen und dabei die hohe Geschwindigkeit, Laufruhe, Wärmeentwicklung, Geräuschentwicklung und andere Faktoren berücksichtigen.
Steuerungstechniken für Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge von Schrittmotoren.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Schrittmotoren nimmt auch die Forschung zur Steuerung von Schrittmotoren zu. Wenn sich der Schrittimpuls beim Starten oder Beschleunigen zu schnell ändert, folgt der Rotor aufgrund seiner Trägheit nicht den Änderungen des elektrischen Signals, was zu Blockaden oder Schrittverlusten führt. Beim Stoppen oder Verzögern kann es aus demselben Grund zu Überschreitungen kommen. Um Blockaden, Schrittverluste und Überschwingen zu vermeiden, muss die Arbeitsfrequenz verbessert und die Geschwindigkeitsregelung des Schrittmotors erhöht werden.
Die Geschwindigkeit eines Schrittmotors hängt von der Pulsfrequenz, der Rotorzähnezahl und der Anzahl der Schläge ab. Seine Winkelgeschwindigkeit ist proportional zur Pulsfrequenz und wird zeitlich mit dem Puls synchronisiert. Somit kann die gewünschte Geschwindigkeit durch Steuerung der Pulsfrequenz erreicht werden, wenn die Rotorzähnezahl und die Anzahl der laufenden Schläge festgelegt sind. Da der Schrittmotor mithilfe seines synchronen Drehmoments gestartet wird, ist die Startfrequenz nicht hoch, um den Schritt nicht zu verlieren. Insbesondere mit zunehmender Leistung, zunehmendem Rotordurchmesser und zunehmender Trägheit können sich Startfrequenz und maximale Lauffrequenz um bis zu das Zehnfache unterscheiden.
Die Startfrequenzeigenschaften des Schrittmotors sind so, dass der Schrittmotor beim Starten nicht direkt die Betriebsfrequenz erreichen kann, sondern einen Anlaufprozess durchläuft, d. h. von einer niedrigen Geschwindigkeit allmählich auf die Betriebsgeschwindigkeit hochfährt. Wenn die Betriebsfrequenz gestoppt wird, kann sie nicht sofort auf Null reduziert werden, sondern es erfolgt ein Prozess der allmählichen Geschwindigkeitsreduzierung auf Null bei hoher Geschwindigkeit.
Das Ausgangsdrehmoment des Schrittmotors sinkt mit steigender Pulsfrequenz. Je höher die Startfrequenz, desto kleiner das Startdrehmoment und desto schlechter kann er die Last antreiben. Beim Anfahren geht der Schrittmotor verloren, und beim Stoppen kommt es zu einem Überschwingen. Damit der Schrittmotor schnell die erforderliche Geschwindigkeit erreicht und weder den Schritt verliert noch überschwingt, ist es wichtig, den Beschleunigungsvorgang so durchzuführen, dass das vom Schrittmotor bei jeder Betriebsfrequenz bereitgestellte Drehmoment voll ausgenutzt wird und dieses Drehmoment nicht überschritten wird. Daher muss der Betrieb des Schrittmotors im Allgemeinen die drei Phasen Beschleunigung, gleichmäßige Geschwindigkeit und Verzögerung durchlaufen. Die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit sollte möglichst kurz und die Dauer der konstanten Geschwindigkeit möglichst lang sein. Insbesondere bei Arbeiten, die eine schnelle Reaktion erfordern, muss die Laufzeit vom Startpunkt bis zum Ende möglichst kurz sein. Dazu müssen Beschleunigung und Verzögerung am kürzesten sein, während die konstante Geschwindigkeit die höchste Geschwindigkeit aufweist.
Wissenschaftler und Techniker im In- und Ausland haben viel Forschung über die Geschwindigkeitsregelungstechnologie von Schrittmotoren durchgeführt und eine Vielzahl von mathematischen Modellen zur Beschleunigungs- und Verzögerungsregelung entwickelt, wie z. B. Exponentialmodelle, Linearmodelle usw. Auf dieser Grundlage wurden verschiedene Steuerkreise entworfen und entwickelt, um die Bewegungseigenschaften von Schrittmotoren zu verbessern und den Anwendungsbereich von Schrittmotoren zu erweitern. Die exponentielle Beschleunigung und Verzögerung berücksichtigt die inhärenten Moment-Frequenz-Eigenschaften von Schrittmotoren, um sicherzustellen, dass der Schrittmotor ohne Schrittverlust in Bewegung bleibt, aber auch die inhärenten Eigenschaften des Motors voll auszuschöpfen und die Hubgeschwindigkeit zu verkürzen. Aufgrund von Änderungen der Motorlast ist dies jedoch schwierig zu erreichen, während lineare Beschleunigung und Verzögerung nur den Motor im Lastkapazitätsbereich der Winkelgeschwindigkeit und des Impulses berücksichtigen, der proportional zu dieser Beziehung ist. Aufgrund von Schwankungen der Versorgungsspannung, der Lastumgebung und den Eigenschaften der Änderung ist diese Beschleunigungsmethode konstant. Der Nachteil besteht darin, dass das Ausgangsdrehmoment des Schrittmotors nicht vollständig berücksichtigt wird. Mit den Eigenschaften der Geschwindigkeitsänderung tritt bei hohen Geschwindigkeiten ein Schrittmotor aus des Schrittes.
Dies ist eine Einführung in das Heizprinzip und die Steuerungstechnologie für den Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess von Schrittmotoren.
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Veröffentlichungszeit: 27. April 2023