Stappenmotoren worden als digitaal uitvoeringselement veel gebruikt in bewegingsbesturingssystemen. Veel gebruikers en kennissen ervaren bij het gebruik van stappenmotoren een hoge warmteontwikkeling. Ze vragen zich af of dit normaal is. Warmteontwikkeling is inderdaad een veelvoorkomend verschijnsel bij stappenmotoren, maar welke mate van warmte is normaal en hoe kan de warmteontwikkeling van een stappenmotor worden geminimaliseerd?
I. Om te begrijpen waarom de stappenmotor warm wordt.
Bij alle soorten stappenmotoren bestaat de binnenkant uit een ijzeren kern en een wikkeling. De wikkelweerstand veroorzaakt vermogensverlies. De grootte van dit verlies is evenredig met het kwadraat van de weerstand en de stroomsterkte. Dit noemen we vaak koperverlies. Als de stroom geen standaard gelijkstroom of sinusgolf is, treedt er ook harmonisch verlies op. Daarnaast is er sprake van hysterese in de kern en wervelstroomeffecten. In een wisselend magnetisch veld treedt ook verlies op. Dit verlies is afhankelijk van de materiaalgrootte, de stroomsterkte, de frequentie en de spanning. Dit noemen we ijzerverlies. Zowel koperverlies als ijzerverlies manifesteren zich in de vorm van warmteontwikkeling, wat de efficiëntie van de motor beïnvloedt.
Stappenmotoren zijn over het algemeen gericht op positioneringsnauwkeurigheid en koppel, maar het rendement is relatief laag. De stroomsterkte is doorgaans hoog en er is sprake van een hoog harmonisch component. De frequentie van de stroom wisselt met de snelheid, waardoor stappenmotoren over het algemeen oververhit raken. Dit probleem is ernstiger dan bij gewone wisselstroommotoren.
II. De warmte van de stappenmotor binnen een redelijk bereik houden.
De mate waarin een motor warm mag worden, hangt voornamelijk af van de interne isolatie van de motor. De interne isolatie raakt pas beschadigd bij een zeer hoge temperatuur (boven de 130 graden). Zolang de interne temperatuur dus niet boven de 130 graden komt, zal de motor niet beschadigd raken. De oppervlaktetemperatuur moet dan onder de 90 graden blijven. Een oppervlaktetemperatuur van 70-80 graden voor een stappenmotor is daarom normaal. Een eenvoudige temperatuurmeting met een thermometer geeft een ruwe schatting: als u de motor 1-2 seconden met uw hand aanraakt, is de temperatuur niet hoger dan 60 graden; als u de motor net aanraakt, is de temperatuur ongeveer 70-80 graden; als een paar druppels water snel verdampen, is de temperatuur hoger dan 90 graden. Uiteraard kunt u ook een infraroodthermometer gebruiken om de temperatuur te meten.
III. De stappenmotor warmt op bij snelheidsverandering.
Bij gebruik van constante stroomaandrijvingstechnologie blijft de stroom van de stappenmotor in statische toestand en bij lage snelheden relatief constant om een constant koppel te garanderen.
Bij een bepaalde snelheid neemt de omgekeerde potentiaal in de motor toe, waardoor de stroomsterkte geleidelijk afneemt en ook het koppel daalt. De warmteontwikkeling als gevolg van koperverlies is daarom gerelateerd aan de snelheid.
De warmteontwikkeling is over het algemeen hoog bij stilstand en lage snelheden en laag bij hoge snelheden. Het ijzerverlies (hoewel een klein deel daarvan) verandert echter niet, en de totale warmteontwikkeling in de motor is de som van beide. Bovenstaande is dus slechts een algemene beschrijving.
Vier, de impact van hitte
Hoewel motorwarmte over het algemeen geen invloed heeft op de levensduur van de motor, hoeven de meeste klanten er geen aandacht aan te besteden. Ernstige oververhitting kan echter wel negatieve gevolgen hebben.
De thermische uitzettingscoëfficiënt van de interne onderdelen van de motor, veroorzaakt door verschillende structurele spanningen, en de daarmee samenhangende veranderingen in de interne luchtspleet, kunnen de dynamische respons van de motor beïnvloeden, waardoor de motor bij hoge snelheden gemakkelijk stappen kan verliezen.
Een ander voorbeeld is dat in sommige situaties oververhitting van de motor niet is toegestaan, zoals bij medische apparatuur en zeer nauwkeurige testapparatuur. Daarom is het noodzakelijk om de motortemperatuur te beheersen.
五、 verminder de motorwarmte.
Het verminderen van de warmteontwikkeling betekent het verminderen van het koperverlies en het ijzerverlies. Het verminderen van koperverlies heeft twee gevolgen: het verlagen van de weerstand en de stroomsterkte. Dit vereist de selectie van een zo laag mogelijke weerstand en nominale stroomsterkte bij de keuze van kleine motoren. Tweefasemotoren kunnen in serie worden geschakeld, parallelle schakeling is niet nodig.
Maar dit staat vaak haaks op de eisen van koppel en hoge snelheid.
Bij de selectie van de motor moet optimaal gebruik worden gemaakt van de automatische halfstroomregeling en de offlinefunctie van de frequentieregelaar. De eerste functie verlaagt automatisch de stroom wanneer de motor stilstaat, de tweede functie schakelt de stroom volledig uit.
Bovendien zorgt een fijn verdeelde aandrijving, doordat de stroomgolfvorm bijna sinusvormig is en er minder harmonischen zijn, voor minder motorwarmte. Er zijn niet veel manieren om ijzerverliezen te verminderen. Het spanningsniveau is gerelateerd aan de motor bij een hoogspanningsaandrijving. Hoewel dit de prestaties bij hoge snelheden verbetert, leidt het ook tot een toename van de warmteontwikkeling.
Daarom moeten we het juiste aandrijfspanningsniveau kiezen, rekening houdend met de hoge snelheid, de soepelheid, de warmteontwikkeling, het geluid en andere indicatoren.
Geplaatst op: 13 september 2024