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

熱発生の原理ステッピングモーター.

 

 

1. 通常、あらゆる種類のモーターを目にしますが、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二乗に比例し、これは銅損と呼ばれることが多いです。電流が標準直流または正弦波でない場合は、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、交流磁界でも損失が発生します。損失の大きさは材質、電流、周波数、電圧によって決まり、鉄損​​と呼ばれます。銅損と鉄損は熱として現れ、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、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、電流の周波数も速度に応じて変化するため、ステッピングモーターは一般的に発熱し、一般的な交流モーターよりも状況が深刻です。

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よって決まります。内部絶縁性能は、高温（130度以上）になると破壊されます。したがって、内部温度が130度を超えない限り、モーターは絶縁を失うことはなく、このときの表面温度は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、ポイント温度計を使用すると、おおよそ次のように判断できます。手で1～2秒以上触れることができる場合は60度以下。手で触れることができる場合は約70～80度。数滴の水がすぐに蒸発する場合は90度以上。

3, ステッピングモーター速度変化に伴う加熱。

定電流駆動技術を使用する場合、ステッピングモーターは静止状態および低速では電流が一定に保たれ、一定のトルク出力を維持します。速度が一定レベルまで上昇すると、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、銅損による発熱状態は回転速度に依存します。一般的に、静止状態や低速回転では発熱量が多く、高速回転では発熱量が少なくなります。しかし、鉄損（割合は小さいものの）の変化は一定ではなく、モーター全体の発熱量は銅損と鉄損の合計であるため、上記はあくまで一般的な状況を示すものです。

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ないため、ほとんどのお客様は気にする必要はありません。しかし、深刻な場合はいくつかの悪影響を及ぼします。例えば、モーター内部部品の熱膨張係数の違いにより、構造応力の変化や内部エアギャップのわずかな変化が生じ、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、モーターの過熱が許容されない用途もあります。そのため、モーターの発熱は適切に制御する必要があります。

5．モーターの熱を下げる方法。

発熱を抑えるには、銅損と鉄損を減らす必要があります。銅損を減らすには、抵抗と電流を減らすという2つの方法があります。そのためには、モーターの抵抗と定格電流が可能な限り小さいものを選び、2相モーターを使用すれば、並列モーターなしで直列モーターを使用できます。しかし、これはトルクと高速の要求と矛盾することがよくあります。選択したモーターについては、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。前者はモーターが停止しているときに自動的に電流を減らし、後者は単純に電流を遮断します。

さらに、細分化駆動では、電流波形が正弦波に近く、高調波が少ないため、モータの発熱も少なくなります。鉄損を低減する方法は限られており、電圧レベルが関係しています。高電圧で駆動されるモータは高速特性が向上しますが、発熱量も増加します。そのため、高速性、滑らかさ、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の加速および減速プロセスを制御するための技術。

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増加している。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、ローターは慣性により電気信号の変化に追従できず、ブロックやステップロスが発生する。停止時や減速時にも同様の理由でオーバーステッピングが発生する可能性がある。ブロック、ステップロス、オーバーシュートを防ぐため、動作周波数を改善し、ステッピングモーターの速度制御を向上させる。

ステッピングモーターの速度は、パルス周波数、ローター歯数、およびビート数によって決まります。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、ローター歯数と回転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によって始動するため、ステップを失わないように始動周波数は高くありません。特に、出力が増加すると、ローター径が大きくなり、慣性が大きくなるため、始動周波数と最大回転周波数は最大で10倍も異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は、ステッピングモーターが始動時に動作周波数に直接到達するのではなく、始動プロセス、つまり低速から徐々に動作速度まで上昇するプロセスがあることを意味します。停止時も、動作周波数はすぐにゼロに低下するのではなく、高速から徐々に速度を低下させてゼロにするプロセスがあります。

 

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、始動周波数が高いほど始動トルクは小さくなり、負荷を駆動する能力が低下し、始動時にステップロスが発生し、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がステップロスやオーバーシュートを起こさずに、必要な速度に迅速に到達するためには、加速プロセス、加速トルクが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最大限に活用し、この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、定速、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だけ短く、定速時間はできるだけ長くする必要があります。特に、迅速な応答が求められる作業では、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、加速および減速プロセスは最短である必要があり、定速では最高速度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い、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、これに基づいて、ステッピングモーターの動作特性を改善し、ステッピングモーターの適用範囲を促進するためのさまざまな制御回路を設計・開発してきました。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、ステッピングモーターが動作中にステップを失わないようにすると同時に、モーターの固有特性を十分に発揮させ、昇降速度時間を短縮しますが、モーター負荷の変化により実現が困難です。一方、線形加減速は、モーターの負荷容量範囲内での角速度とパルスの比例関係のみを考慮し、供給電圧、負荷環境、特性の変化による変動を考慮しません。この加速方法は一定であり、ステッピングモーターの出力トルクを十分に考慮していないという欠点があります。速度変化の特性により、ステッピングモーターは高速でステップの。

 

これは、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関する入門的な解説です。

弊社とのコミュニケーションや協力をご希望の場合は、お気軽にご連絡ください！

私たちは顧客と密接に連携し、ニーズに耳を傾け、要望に応えています。製品の品質と顧客サービスこそが、双方にとって有益なパートナーシップの基盤であると信じています。