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 häufig als Kupferverlust bezeichnet. Wenn der Strom kein Standard-Gleichstrom- oder Sinusstrom 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 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 viele harmonische Komponenten auf. Die Stromwechselfrequenz variiert außerdem mit der Geschwindigkeit. Daher überhitzen Schrittmotoren im Allgemeinen, was schwerwiegender ist als bei herkömmlichen Wechselstrommotoren.
2, der angemessene Bereich vonSchrittmotorHitze.
Die zulässige Motorwärme 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 1–2 Sekunden liegt die Temperatur nicht über 60 Grad; bei bloßer Berührung mit der Hand liegt sie bei etwa 70–80 Grad; verdunsten ein paar Tropfen Wasser schnell, liegt sie über 90 Grad.
3, SchrittmotorHeizen 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 des Kupferverlusts drehzahlabhängig. Statische und niedrige Drehzahlen erzeugen im Allgemeinen hohe Wärme, während hohe Drehzahlen 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 die obige Situation nur allgemein.
4, die Auswirkungen von Hitze.
Obwohl die Motorwärme im Allgemeinen keinen Einfluss 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 Veränderungen der Strukturspannung, und kleine Veränderungen des inneren Luftspalts beeinträchtigen das dynamische Verhalten des Motors, wodurch bei hohen Drehzahlen leicht die Gangreserve verloren geht. Ein weiteres Beispiel sind Anwendungen, bei denen übermäßige Motorwärme vermieden werden sollte, beispielsweise in 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. Die Reduzierung von Kupferverlusten in zwei Richtungen, Widerstand und Stromstärke erfordert die Wahl eines möglichst kleinen Widerstands und Nennstroms des Motors. Zweiphasige Motoren können in Reihe ohne Parallelschaltung betrieben 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 ausgeschöpft werden. Erstere reduziert den Strom automatisch im Stillstand, letztere unterbricht den Strom einfach.
Da der Unterteilungsantrieb zudem eine nahezu sinusförmige Stromwellenform aufweist und weniger Oberwellen aufweist, wird auch die Motorerwärmung geringer. Es gibt einige Möglichkeiten, den Eisenverlust zu reduzieren, und der Spannungspegel hängt damit zusammen. 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 Beschäftigung mit der Steuerung von Schrittmotoren zu. Ändert sich der Schrittimpuls beim Starten oder Beschleunigen zu schnell, folgt der Rotor aufgrund seiner Trägheit nicht den elektrischen Signaländerungen, 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, sollte die Arbeitsfrequenz verbessert und die Drehzahlregelung des Schrittmotors erhöht werden.
Die Drehzahl 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. Bei vorgegebener Rotorzähnezahl und Anzahl der laufenden Schläge kann die gewünschte Drehzahl durch Steuerung der Pulsfrequenz erreicht werden. Da der Schrittmotor durch sein synchrones Drehmoment gestartet wird, ist die Startfrequenz niedrig, 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. Das Stoppen, wenn die Betriebsfrequenz nicht sofort auf Null reduziert werden kann, erfolgt über einen Hochgeschwindigkeitsprozess, bei dem die Geschwindigkeit allmählich auf Null reduziert wird.
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 gewünschte Geschwindigkeit erreicht und weder den Schritt verliert noch überschwingt, ist es entscheidend, den Beschleunigungsvorgang so zu gestalten, 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, d. h. die Beschleunigung und Verzögerung sollten möglichst kurz sein, während die Geschwindigkeit bei konstanter Geschwindigkeit am höchsten ist.
Wissenschaftler und Techniker im In- und Ausland haben viel Forschung an der 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