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减速步进电机维护要点及故障发生原因

-2019-10-26-

首先,要了解减速步进电机为什么会发热对于各种步进电机而言,内部都是由铁芯和绕组线圈组成的。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。再者,将步进电机发热控制在合理范围内电机发热允许到什么程度,主要取决于电机内部绝缘等级。内部绝缘性能在高温下(130度以上)才会被破坏。所以只要内部不超过130度,电机便不会损坏,而这时表面温度会在90度以下。所以,步进电机表面温度在70-80度都是正常的。
简单的温度测量方法有用点温计的,也可以粗略判断:用手可以触摸1-2秒以上,不超过60度;用手只能碰一下,大约在70-80度;滴几滴水迅速气化,则90度以上了;当然也可以用测温枪来检测。第三,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,电流会维持相对恒定,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。第四,发热带来的影响电机发热虽然一般不会影响电机的寿命,对大多数客户来说没必要理会。但是,严重的发热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。最后,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。
高压大电流步进电机驱动异常分析:通常采用H桥电路驱动高压大电流两相混合式步进电机。高压电源VH通过IGBT Q1~Q8驱动电机绕组LA和LB,RH为上电流采样电阻,R1和R2为下电流采样电阻。
驱动电路异常工作状态分析:在使用驱动器的过程中,步进电机驱动器最常见的两种异常工作状态是错相和过电流。错相是由于错相绕组造成步进电机同相绕组正负极短路、相间短路、绕组对地短路或绕组对高压短路等。
由于进水等原因,电动机的相绕组可能对地或对高压短路(同相绕组A+和A-或相间绕组A+和B+、A+和B-短路等)。此时,流经驱动器的电流会瞬间变大,H桥的温度会迅速升高,导致电机无法正常工作,甚至烧毁电机和驱动器,造成更严重的火灾等后果。