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2022

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关于步进电机


一、 关于步进电机发热
 
1、 为什么步进电机会发热?

 

我们通常见到的各类电机,内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻,通电会产生损耗,损耗大小与电阻和电流的平方成正比,这就是我们常说的铜损,如果电流不是标准的直流或正弦波,还会产生谐波损耗;铁心有磁滞涡流效应,在交变磁场中也会产生损耗,其大小与材料,电流,频率,电压有关,这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来,从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出,效率比较低,电流一般比较大,且谐波成分高,电流交变的频率也随转速而变化,因而步进电机普遍存在发热情况,且情况比一般交流电机严重。

 

2,为什么高低温步进电机、伺服电机发热比普通电机高?

 

高低温电机的线圈材料需要耐更高温度,绝缘强度更高,所以散热性能比一般的伺服电机的线圈差一些,但不会影响电机的高温性能。

 

3,步进电机发热随速度变化的情况:

 

采用恒流驱动技术时,步进电机在静态和低速下,电流会维持恒定,以保持恒力矩输出。速度高到一定程度,电机内部反电势升高,电流将逐步下降,力矩也会下降。因此,因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高,高速时发热低。但是铁损(虽然占的比例较小)变化的情况却不尽然,而电机整个的发热是二者之和,所以上述只是一般情况。 

 

4, 发热带来的影响

 

电机发热虽然一般不会影响电机的寿命,对大多数客户没必要理会。但是严重时会带来一些负面影响。如电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变化和内部气隙的微小变化,会影响电机的动态响应,高速会容易失步。又如有些场合不允许电机的过度发热,如医疗器械和高精度的测试设备等。因此对电机的发热应当进行必要的控制。

 

5, 如何减少电机的发热:

 

减少发热,就是减少铜损和铁损。减少铜损有两个方向,减少电阻和电流,这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机,对两相电机,能用串联的电机就不用并联电机。但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。对于已经选定的电机,则应充分利用驱动器的自动半流控制功能和脱机功能,前者在电机处于静态时自动减少电流,后者干脆将电流切断。另外,细分驱动器由于电流波形接近正弦,谐波少,电机发热也会较少。减少铁损的办法不多,电压等级与之有关,高压驱动的电机虽然会带来高速特性的提升,但也带来发热的增加。所以应当选择合适的驱动电压等级,兼顾高速性,平稳性和发热,噪音等指标。

 

 

二、步进电机的精度能达到多少?

 

1,KH、KVM系列两相混合式步进电机的整步步距角是1.8°,步距角精度是1.8°的3~5%。此误差不累计,而且仅出现在步进电机刚上电时。电机运行期间不会再出现此误差。

 

2,我们的实际测试:在KH57电机后端同轴安装AKD增量式编码器,编码器旋转一圈反馈16384个计数,PLC接收到的编码器反馈数据偏差小于2个反馈计数。相当误差小于360*(2/16384)=0.04°。

 

 

三、台达或三菱PLC的步进电机升降速控制:

 

1,台达和三菱的PLC发脉冲控制步进电机和伺服电机用DPLSR/PLSR,此指令是带加减速的脉冲指令,加减速时间大于100ms。

 

,2,不能使用DPLSY/PLSY指令,此指令是不带加减速的脉冲指令,会因为加速度过大导致步进电机高速堵转、丢步或伺服电机过载报警。

 

 

四、步进电机的引线标准长度多少?能延长吗?引线延长后对电机性能有什么影响?最多可以延长多少?

 

1, KH步进电机标准引线长度3米,KVM步进电机标准引线长度1米。

 

2, 步进电机引线可延长到15米。超过15米的电机引线,会导致电流降低,电机扭矩会有衰减。

 

 

五、如何选择步进驱动器的细分数

 

我们建议细分数选择4000或者10000。

 

1,经过测试在高速情况下,对于相同的电机转速,选择10000细分数时的电机输出力矩,大于选择1000细分数的电机输出力矩。

 

2,另外,对于某些品牌的PLC,当细分选择1000时,电机在低速(如低于10rpm)时振动很大,扭矩很小。而细分选择10000时,能很好的满足低速运转。

 

3, 细分数选择还受制于PLC支持的最高脉冲频率。

 

 

六、脉冲和方向端子是否需要加电阻。

 

脉冲方向信号是否需要加电阻,取决于驱动器脉冲和方向端口支持的电压大小。

 

1,如果驱动器脉冲和方向端口支持的电压为24V,当使用24V的开关电源给脉冲和方向提供驱动电压时就可以不用外加电阻。

 

,2,如果驱动器脉冲和方向端口支持的电压为5V,当使用24V的开关电源给脉冲和方向提供驱动电压时就需要外加2K电阻。

 

 

七、驱动器上ENA+、ENA-(或MF+、MF-)端子是否需要接线?

 

ENA+、ENA-(或MF+、MF-)为步进电机释放信号,当给释放电机信号端子提供有效电平时(一般使驱动器内部相应光耦导通),会关断电机相电流,电机轴处于自由状态。

 

 

八、是否要使用步进驱动器的半电流功能

 

步进驱动器在一定时间(如1.5S)未接收到指令脉冲信号,电机的相电流自动减到设定电流的一半,以减少电机发热。因此对于水平运动的应用,建议开启半电流开关以降低电机发热,垂直运动建议关闭半电流开关以保证电机不工作时的保持力矩。

 

 

九、如何选择步进驱动器的工作电压

 

步进驱动器工作电源电压越高,高速时扭矩衰减越小。在步进驱动器允许的电压范围内,建议选用尽量高的驱动电压,以提高步进电机的高速扭矩输出。但电压越高,步进电机的发热越大,振动噪音越大。

 

 

十、如何设定步进驱动器的输出电流

 

一般情况下,设定步进驱动器的输出电流不大于电机的相电流。以下两种情况例外:

 

1,如果所选电机输出力矩略小于负载所需力矩,可将电驱动器输出流设定为略大于电机的相电流(比如,额定电流为2A,可以设定为2.5A或者3A)。但电流越大,电机发热越大。

 

2,对于低温环境工作时,设置步进电机驱动器的输出电流比步进电机额定电流稍高一档,以提高步进电机的输出扭矩。

 

 

十一、如何改变步进电机旋转反向

 

步进电机安装后,如果实际旋转方向与所需旋转方向相反,且不方便通过修改控制程序改变电机旋转方向时,可以通过交换电机引线A+、A-(或者交换B+,B-)与驱动器的接线顺序,改变电机旋转方向。

 

三相步进电机则可对调三相中的任意两相来实现反向。

步进电机发热,高低温,如何减少电机的发热

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