ステッピングモータの加熱原理と加減速プロセス制御技術

発熱原理ステッピングモーター.

 

 

1、通常、さまざまなモーターを見ると、内部には鉄心と巻線コイルがあります。巻線には抵抗があり、通電すると損失が発生します。損失の大きさは抵抗と電流の2乗に比例し、銅損と呼ばれることがよくあります。電流が標準のDCまたは正弦波でない場合、高調波損失も発生します。コアにはヒステリシス渦電流効果があり、交流磁場でも損失が発生します。そのサイズと材質、電流、周波数、電圧、これらは鉄損と呼ばれます。銅損と鉄損は熱の形で現れ、モーターの効率に影響を与えます。ステッピングモーターは一般的に位置決め精度とトルク出力を追求しているため、効率は比較的低く、電流は一般的に比較的大きく、高調波成分が高く、電流の交流周波数も速度によって変化するため、ステッピングモーターは一般的に発熱し、状況は一般的なACモーターよりも深刻です。

2、合理的な範囲ステッピングモーター熱。

モーターの許容熱量は、主にモーター内部の絶縁レベルに依存します。内部絶縁性能は、高温（130度以上）でも破壊されません。したがって、内部が130度を超えない限り、モーターはリングを失うことはなく、このとき表面温度は90度以下になります。

したがって、ステッピングモーターの表面温度が70～80度であれば正常です。簡単な温度測定方法として、温度計を使うと、大まかに判断できます。手で1～2秒以上触れる場合は60度を超えません。手で触れるだけの場合は約70～80度ですが、数滴の水を素早く蒸発させると90度を超えます。

3, ステッピングモーター速度を変えながら加熱します。

定電流駆動技術を採用したステッピングモーターでは、静止時および低速時には電流が一定に保たれ、一定のトルク出力が維持されます。速度が一定レベルに達すると、モーター内部の逆電位が上昇し、電流が徐々に低下し、トルクも低下します。

したがって、銅損による発熱状況は回転速度に依存します。一般的に、静回転および低速回転では発熱量が高く、高速回転では発熱量は低くなります。しかし、鉄損（割合は小さいものの）の変化は同じではなく、モータ全体の発熱量は両者の合計であるため、上記はあくまでも一般的な状況です。

４、熱の影響。

モーターの発熱は一般的にモーターの寿命に影響を与えませんが、ほとんどのお客様は気にする必要はありません。しかし、深刻な悪影響をもたらす可能性があります。例えば、モーター内部部品の熱膨張係数の違いは、構造応力の変化や内部エアギャップの微細な変化につながり、モーターの動的応答に影響を与え、高速回転時に脱調しやすくなります。また、医療機器や高精度試験装置など、モーターの過度の発熱が許容されない場合もあります。そのため、モーターの発熱は制御が必要です。

５、モーターの発熱を抑える方法。

発熱を抑えるには、銅損と鉄損を低減することが重要です。銅損を双方向に低減し、抵抗と電流を低減するためには、抵抗と定格電流が可能な限り小さいモーターを選定する必要があります。二相モーターは、並列接続せずに直列接続で使用できます。しかし、これはトルクと高速回転の要件と矛盾することがよくあります。選定したモーターでは、ドライブの自動半電流制御機能とオフライン機能を最大限に活用する必要があります。前者はモーター停止時に自動的に電流を低減し、後者は電流を遮断します。

さらに、分割駆動では電流波形が正弦波に近くなるため高調波が少なくなり、モーターの発熱も抑えられます。鉄損を低減する方法はいくつかありますが、電圧レベルは鉄損と密接に関係しています。高電圧で駆動するモーターは高速特性が向上しますが、同時に発熱も増加します。そのため、高速性、平滑性、発熱、騒音などの指標を考慮して、適切な駆動電圧レベルを選択する必要があります。

ステッピングモーターの加速および減速プロセスの制御技術。

ステッピングモーターの普及に伴い、ステッピングモーター制御の研究も進んでいます。始動時や加速時にステッピングパルスが急激に変化すると、ローターが慣性により電気信号の変化に追従できなくなり、ブロックや脱調が発生します。停止時や減速時にも同様の理由でオーバーシュートが発生する可能性があります。ブロック、脱調、オーバーシュートを防ぐには、動作周波数を向上させ、ステッピングモーターの速度制御を向上する必要があります。

ステッピングモーターの速度は、パルス周波数、ローターの歯数、およびビート数に依存します。角速度はパルス周波数に比例し、パルスと同期します。したがって、ローターの歯数と動作ビート数が一定であれば、パルス周波数を制御することで所望の速度を得ることができます。ステッピングモーターは同期トルクを利用して始動するため、ステップ外れを防ぐため、始動周波数は高くありません。特に出力が増加すると、ローターの直径が大きくなり、慣性が増加するため、始動周波数と最大動作周波数の差が最大10倍になる場合があります。

ステッピングモーターの始動周波数特性により、ステッピングモーターは始動後すぐに動作周波数に到達せず、低速から徐々に動作周波数まで上昇する起動プロセスを経て停止します。停止後も動作周波数はすぐにゼロまで低下せず、高速から徐々にゼロまで減速します。

 

ステッピングモーターの出力トルクはパルス周波数の上昇とともに低下します。始動周波数が高いほど始動トルクが小さくなり、負荷の駆動能力が低下し、始動時に脱調が発生し、停止時にオーバーシュートが発生します。ステッピングモーターを必要な速度に素早く到達させ、脱調やオーバーシュートが発生しないようにするには、加速プロセスを行い、各動作周波数でステッピングモーターが提供するトルクを十分に活用するために必要な加速トルクを超えないようにすることが重要です。したがって、ステッピングモーターの動作は、一般的に加速、等速、減速の3段階を経る必要があり、加速および減速プロセスの時間はできる限り短く、定速時間はできる限り長くする必要があります。特に、迅速な応答が必要な作業では、開始点から終了点までの実行時間は最短である必要があり、そのためには加速、減速プロセスが最短で、最高速度は定速である必要があります。

 

国内外の科学者や技術者は、ステッピング モーターの速度制御技術について多くの研究を行っており、指数モデル、線形モデルなど、さまざまな加減速制御数学モデルを確立しています。これに基づいて、ステッピング モーターの運動特性を改善し、ステッピング モーターの応用範囲を拡大するためのさまざまな制御回路を設計および開発しています。指数加減速は、ステッピング モーターの固有のモーメント - 周波数特性を考慮しているため、ステッピング モーターが移動中にステップを失うことなく確実に実行されるだけでなく、モーターの固有の特性が十分に発揮され、昇降速度の時間が短縮されますが、モーター負荷の変化により、実現が困難です。線形加減速は、負荷容量範囲内のモーターの角速度とパルスがこの関係に比例することのみを考慮しているため、電源電圧の変動、負荷環境、および特性の変化によるものではありません。この加速方法は加速が一定であるため、ステッピング モーターの出力トルクが十分に考慮されないという欠点があります。ずれが生じます。

 

ステッピングモーターの加熱原理と加減速プロセス制御技術についてご紹介します。

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