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电机长时间负载比空载运行更容易发热

有的用户在购买的新电机之后,安装在设备上都会进行空载试运行。而在运行的过程中,是负载运行。有的客户会问空载运行与负载运行,在这两种情况下哪种情况容易发热?

 

只要是在正常的带载范围内,步进电机带负载的转速和空载没有区别。步进电机控制器工作在恒流斩波环境,当电源,控制器,电机都连好以后,对于电源来说,其负载是恒定的,不管电机的负载如何变化,电源的电压,电流都不会变化(假定电源为稳压电源),所谓恒流斩波,仅仅是通过斩波的方式来达到恒流的目的,即电源所提供的能量由控制器和电机来共同消耗,电机取用的能量仅仅是电源提供的一部分,还有一部分消耗在控制器上了,步进电机的空载发热源自铜损,铁损和电机轴的阻尼负载;带载发热也同样源自铜损,铁损和电机轴的阻尼负载。

 

在驱动电流/电压和转速相同前提下,带载驱动的发热量应该大于空载驱动,其理由是:

 

1.由于视在驱动电流相同,因而表面上铜损对发热的贡献基本相同;

 

2.但是由于带载驱动条件下,电机绕组的电流变化率高于空载条件,因而会导致实际的铁损加大;

 

3.而且高变化率的电流会加重绕组电流的集肤效应,从另一个侧部分增加铜损;

 

4.带载工作时,电机轴往往受到轴向负载影响,阻尼加大,导致阻尼发热增多。

 

5.微观上,空载时,电机对外做功很小,不必从电源吸取更多的能量,此时从电源侧看,供给能量除少部分克服空载阻尼外,主要用于补充绕组的焦耳能量损失。相应地,绕组中流过的电流主要源自绕组的电感储能和续流作用,直接由电源供给的电流则只占很少一部分,远小于绕组总电流,因而此时电流变化率很小。

6.带载后,电机开始对外做功,做功量取决于负载力矩和转速,此时电机必须从电源吸取足够多的能量以对抗负载造成的能量输出,只要负载足够大,从电源侧看,供给能量除少部分克服空载阻尼以及用于补充绕组的焦耳能量损失外,大部分能量都用于克服负载做功了,而这部分能量是每次由PWM周期或斩波周期中由电源注入绕组的。相应地,绕组中流过的电流中就有不小的一部分直接来自电源的周期性供给,因而此时绕组中电流的微观变化率增大。

 

7.这一过程也可以用功角来解释,空载时,步进电机功角很小,绕组电流矢量与反电势矢量的点积很小,绕组电流基本源自绕组电感的续流作用,消耗很小,微观电流变化率很小;带载时,步进电机功角扩大,绕组电流矢量与反电势矢量的点积增大,由于需对外做功,绕组电流消耗增大,来自电源的周期性电流注入和补充增多,微观电流变化率变大。


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