首先,要了解減速步進電機為什么會發(fā)熱對于各種步進電機而言,內(nèi)部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻,通電會產(chǎn)生損耗,損耗大小與電阻和電流的平方成正比,這就是我們常說的銅損,如果電流不是標準的直流或正弦波,還會產(chǎn)生諧波損耗;鐵心有磁滯渦流效應,在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗,其大小與材料,電流,頻率,電壓有關,這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來,從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出,效率比較低,電流一般比較大,且諧波成分高,電流交變的頻率也隨轉速而變化,因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況,且情況比一般交流電機嚴重。再者,將步進電機發(fā)熱控制在合理范圍內(nèi)電機發(fā)熱允許到什么程度,主要取決于電機內(nèi)部絕緣等級。內(nèi)部絕緣性能在高溫下(130度以上)才會被破壞。所以只要內(nèi)部不超過130度,電機便不會損壞,而這時表面溫度會在90度以下。所以,步進電機表面溫度在70-80度都是正常的。
簡單的溫度測量方法有用點溫計的,也可以粗略判斷:用手可以觸摸1-2秒以上,不超過60度;用手只能碰一下,大約在70-80度;滴幾滴水迅速氣化,則90度以上了;當然也可以用測溫槍來檢測。第三,步進電機發(fā)熱隨速度變化的情況采用恒流驅動技術時,步進電機在靜態(tài)和低速下,電流會維持相對恒定,以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度,電機內(nèi)部反電勢升高,電流將逐步下降,力矩也會下降。因此,因銅損帶來的發(fā)熱情況就與速度相關了。靜態(tài)和低速時一般發(fā)熱高,高速時發(fā)熱低。但是鐵損(雖然占的比例較小)變化的情況卻不盡然,而電機整個的發(fā)熱是二者之和,所以上述只是一般情況。第四,發(fā)熱帶來的影響電機發(fā)熱雖然一般不會影響電機的壽命,對大多數(shù)客戶來說沒必要理會。但是,嚴重的發(fā)熱會帶來一些負面影響。如電機內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導致結構應力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化,會影響電機的動態(tài)響應,高速會容易失步。又如有些場合不允許電機的過度發(fā)熱,如醫(yī)療器械和高精度的測試設備等。因此對電機的發(fā)熱應當進行必要的控制。最后,減少電機的發(fā)熱減少發(fā)熱,就是減少銅損和鐵損。減少銅損有兩個方向,減少電阻和電流,這就要求在選型時盡量選擇電阻小和額定電流小的電機,對兩相電機,能用串聯(lián)的電機就不用并聯(lián)電機。但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對于已經(jīng)選定的電機,則應充分利用驅動器的自動半流控制功能和脫機功能,前者在電機處于靜態(tài)時自動減少電流,后者干脆將電流切斷。另外,細分驅動器由于電流波形接近正弦,諧波少,電機發(fā)熱也會較少。減少鐵損的辦法不多,電壓等級與之有關,高壓驅動的電機雖然會帶來高速特性的提升,但也帶來發(fā)熱的增加。所以應當選擇合適的驅動電壓等級,兼顧高速性,平穩(wěn)性和發(fā)熱,噪音等指標。
高壓大電流步進電機驅動異常分析:通常采用H橋電路驅動高壓大電流兩相混合式步進電機。高壓電源VH通過IGBT Q1~Q8驅動電機繞組LA和LB,RH為上電流采樣電阻,R1和R2為下電流采樣電阻。
驅動電路異常工作狀態(tài)分析:在使用驅動器的過程中,步進電機驅動器最常見的兩種異常工作狀態(tài)是錯相和過電流。錯相是由于錯相繞組造成步進電機同相繞組正負極短路、相間短路、繞組對地短路或繞組對高壓短路等。
由于進水等原因,電動機的相繞組可能對地或對高壓短路(同相繞組A+和A-或相間繞組A+和B+、A+和B-短路等)。此時,流經(jīng)驅動器的電流會瞬間變大,H橋的溫度會迅速升高,導致電機無法正常工作,甚至燒毀電機和驅動器,造成更嚴重的火災等后果。