Analiza przyczyn nagrzewania się silnika krokowego

Powód pierwszy.

Jedną z najbardziej znaczących zaletsilniki krokoweto precyzyjna kontrola, jaką można uzyskać w układzie z otwartą pętlą. Sterowanie z otwartą pętlą oznacza, że ​​nie jest wymagana informacja zwrotna o położeniu (wirnika).

To sterowanie pozwala uniknąć stosowania drogich czujników i urządzeń sprzężenia zwrotnego, takich jak enkodery optyczne, ponieważ do określenia położenia (wirnika) wystarczy śledzić jedynie wejściowe impulsy krokowe. Ostatnio niektórzy klienci zwrócili się do naszych inżynierów silników Shangshe z informacją, że silniki krokowe są również podatne na problemy z przegrzewaniem. Jak więc rozwiązać ten problem? 

1, zmniejszyćsilnik krokowyOgrzewanie, redukcja ciepła ma na celu zmniejszenie strat miedzi i żelaza. Zmniejszenie strat miedzi w dwóch kierunkach, zmniejszenie yin i prądu elektrycznego, co wymaga doboru małej rezystancji i jak najniższego prądu znamionowego, gdy silnik, dwufazowy silnik krokowy, może być używany w układzie szeregowym, a nie równoległym, ale często stoi to w sprzeczności z wymaganiami dotyczącymi momentu obrotowego i wysokiej prędkości.

2. Jeśli wybrano silnik, należy w pełni wykorzystać funkcję automatycznej kontroli półprądu i funkcję offline napędu. Pierwsza z nich automatycznie zmniejsza prąd, gdy silnik jest w stanie spoczynku, a druga po prostu odcina dopływ prądu.

3. Dodatkowo, podział napędu silnika krokowego ze względu na przebieg prądu zbliżony do sinusoidalnego, mniej harmonicznych, powoduje mniejsze nagrzewanie się silnika. Istnieje kilka sposobów na zmniejszenie strat żelaza, a poziom napięcia jest z tym powiązany. Silnik napędowy wysokiego napięcia, chociaż poprawi charakterystykę prędkości obrotowej, spowoduje również wzrost wytwarzania ciepła. 

4. Należy wybrać odpowiedni poziom napięcia silnika napędowego, biorąc pod uwagę pasmo górne, płynność i ciepło, szum i inne wskaźniki.

Powód drugi.

Ciepło silnika krokowego, choć generalnie nie wpływa na jego żywotność, dla większości klientów nie jest konieczne. Jednak poważniejsze skutki mogą być negatywne. Na przykład, wewnętrzny współczynnik rozszerzalności cieplnej każdej części silnika krokowego, zmiany naprężeń strukturalnych i niewielkie zmiany w wewnętrznej szczelinie powietrznej, wpływają na dynamiczną reakcję silnika krokowego, co może prowadzić do utraty kroku przy dużych prędkościach. Innym przykładem jest to, że w niektórych sytuacjach, na przykład w urządzeniach medycznych i precyzyjnym sprzęcie testowym, nadmierne wytwarzanie ciepła przez silniki krokowe jest niedopuszczalne. Dlatego też, aby silnik krokowy mógł się nagrzewać, konieczne jest jego kontrolowanie. Nagrzewanie się silnika jest spowodowane tymi czynnikami.

1. Prąd ustawiony przez sterownik jest większy od prądu znamionowego silnika

2. Prędkość silnika jest zbyt duża

3. Sam silnik charakteryzuje się dużą bezwładnością i momentem obrotowym, więc nawet praca ze średnią prędkością będzie się nagrzewać, ale nie wpływa to na żywotność silnika. Temperatura rozmagnesowania silnika wynosi 130-200°C, co oznacza, że ​​silnik pracuje w temperaturze 70-90°C, co jest zjawiskiem normalnym. Temperatura poniżej 130°C zazwyczaj nie stanowi problemu. W przypadku przegrzania, prąd napędu należy ustawić na około 70% znamionowego prądu silnika lub prędkości obrotowej, aby nieco zmniejszyć przegrzanie.

Powód trzeci.

Silnik krokowy, jako cyfrowy element wykonawczy, jest szeroko stosowany w systemach sterowania ruchem. Wielu użytkowników i osób korzystających z silników krokowych odczuwa, że ​​silnik generuje dużo ciepła podczas pracy, co budzi wątpliwości i nie wie, czy to zjawisko jest normalne. W rzeczywistości nagrzewanie się jest powszechnym zjawiskiem w przypadku silników krokowych, ale jaki poziom ciepła jest uważany za normalny i jak zminimalizować jego wydzielanie?

 

Poniżej przedstawiamy prostą klasyfikację, która mamy nadzieję znajdzie zastosowanie w praktyce:

1 zasada nagrzewania silnika

Zwykle widzimy wszelkiego rodzaju silniki, rdzeń wewnętrzny i cewkę uzwojenia. Uzwojenie ma rezystancję, pobudzone wygeneruje stratę, wielkość straty i rezystancji oraz prąd do kwadratu proporcjonalny do straty, co jest często określane jako strata miedzi, jeśli prąd nie jest standardowym prądem stałym lub sinusoidalnym, ale także stratą harmoniczną; rdzeń ma efekt histerezy prądów wirowych, w zmiennym polu magnetycznym również wygeneruje stratę, rozmiar materiału, prąd, częstotliwość, napięcie, co jest nazywane stratą żelaza. Strata miedzi i strata żelaza objawiają się w postaci ciepła, wpływając w ten sposób na wydajność silnika. Silniki krokowe zazwyczaj dążą do dokładności pozycjonowania i momentu obrotowego, ich wydajność jest stosunkowo niska, prąd jest zazwyczaj stosunkowo duży, a składowe harmoniczne wysokie, częstotliwość prądu przemiennego również zmienia się wraz z prędkością, a zatem silniki krokowe zazwyczaj wytwarzają ciepło, a sytuacja jest poważniejsza niż w przypadku ogólnego silnika prądu przemiennego.

2 silniki krokowe zapewniają rozsądny zasięg ogrzewania

Zakres dopuszczalnego wytwarzania ciepła przez silnik zależy w dużej mierze od poziomu izolacji wewnętrznej silnika. Izolacja wewnętrzna ulegnie zniszczeniu tylko w wysokich temperaturach (powyżej 130 stopni). Tak więc, dopóki temperatura wewnętrzna nie przekroczy 130 stopni, silnik nie uszkodzi pierścienia, a temperatura powierzchni będzie w tym punkcie poniżej 90 stopni. Dlatego temperatura powierzchni silnika krokowego w zakresie 70-80 stopni jest normalna. Prosta metoda pomiaru temperatury, przydatny termometr punktowy, pozwala również w przybliżeniu określić: ręką można dotknąć dłużej niż 1-2 sekundy, nie więcej niż 60 stopni; ręką można dotknąć tylko około 70-80 stopni; kilka kropli wody szybko wyparuje, to jest ponad 90 stopni

3-stopniowe ogrzewanie silnika ze zmianą prędkości

W przypadku zastosowania technologii napędu stałoprądowego, silnik krokowy przy prędkości statycznej i niskiej, prąd pozostaje stały, aby utrzymać stały moment obrotowy. Gdy prędkość jest wysoka do pewnego stopnia, wewnętrzny potencjał przeciwny silnika rośnie, prąd stopniowo spada, a wraz z nim moment obrotowy. W związku z tym, nagrzewanie spowodowane stratami miedzi będzie zależne od prędkości. Przy prędkości statycznej i niskiej zazwyczaj wytwarzane jest dużo ciepła, podczas gdy przy wysokiej prędkości generowane jest mało ciepła. Jednak straty żelaza (choć w mniejszym stopniu) nie zmieniają się tak samo, a całe ciepło silnika jest sumą tych dwóch, więc powyższy opis przedstawia jedynie ogólną sytuację.

4 ciepło wywołane uderzeniem

Chociaż ciepło silnika generalnie nie wpływa na jego żywotność, większość klientów nie musi zwracać na to uwagi. Jednak poważniejsze problemy mogą mieć negatywny wpływ. Na przykład, różne współczynniki rozszerzalności cieplnej wewnętrznych części silnika prowadzą do zmian naprężeń strukturalnych, a niewielkie zmiany w wewnętrznej szczelinie powietrznej wpływają na dynamiczną reakcję silnika, co może prowadzić do utraty prędkości przy wysokich obrotach. Innym przykładem jest sytuacja, w której nadmierne nagrzewanie się silnika jest niedopuszczalne, na przykład w sprzęcie medycznym i precyzyjnym sprzęcie testowym. Dlatego należy w razie potrzeby kontrolować wytwarzanie ciepła przez silnik.

 5 Jak zmniejszyć temperaturę silnika

Zmniejszenie generowania ciepła ma na celu zmniejszenie strat miedzi i żelaza. Zmniejszenie strat miedzi w dwóch kierunkach, zmniejszenie rezystancji i prądu, wymaga doboru jak najmniejszej rezystancji i prądu znamionowego, gdy silnik dwufazowy może być połączony szeregowo bez silnika równoległego. Często jednak stoi to w sprzeczności z wymaganiami dotyczącymi momentu obrotowego i wysokiej prędkości obrotowej. W przypadku wybranego silnika, funkcja automatycznej regulacji prądu o połowę oraz funkcja offline powinny być w pełni wykorzystane. Pierwsza z nich automatycznie zmniejsza prąd, gdy silnik jest w spoczynku, a druga po prostu go odcina. Ponadto, ze względu na zbliżony do sinusoidalnego przebieg prądu, mniej harmonicznych, silnik będzie się mniej nagrzewał. Istnieje kilka sposobów na zmniejszenie strat żelaza, a poziom napięcia jest z tym powiązany. Chociaż silnik napędzany wysokim napięciem poprawi charakterystykę pracy przy dużej prędkości, to jednocześnie zwiększy generowanie ciepła. Dlatego należy dobrać odpowiedni poziom napięcia napędu, biorąc pod uwagę wysoką prędkość obrotową, płynność pracy oraz emisję ciepła, hałas i inne wskaźniki.

We wszystkich rodzajach silników krokowych wnętrze składa się z żelaznego rdzenia i cewki uzwojenia. Uzwojenie ma rezystancję, a po wzbudzeniu generuje straty, których wielkość jest proporcjonalna do kwadratu rezystancji i prądu. Często określa się je mianem strat miedzianych (Copper Meteor). Jeśli prąd nie jest standardowym prądem stałym lub sinusoidalnym, występują również straty harmoniczne. Rdzeń ma efekt histerezy wirowej, a w zmiennym polu magnetycznym straty zależą od wielkości materiału, prądu, częstotliwości i napięcia, co nazywa się stratami żelaza. Straty miedzi i żelaza objawiają się w postaci ciepła, wpływając tym samym na wydajność silnika. Silniki krokowe zazwyczaj dążą do dokładności pozycjonowania i momentu obrotowego, charakteryzują się stosunkowo niską wydajnością, stosunkowo dużym natężeniem prądu i wysokimi składowymi harmonicznymi. Częstotliwość prądu przemiennego zmienia się również wraz z prędkością, dlatego silniki krokowe zazwyczaj generują ciepło, a sytuacja jest poważniejsza niż w przypadku silników prądu przemiennego.