電機(jī)運(yùn)行時(shí)如何降低電機(jī)效率產(chǎn)生的熱量，步進(jìn)電機(jī)時(shí)降低熱量的方法
步進(jìn)電機(jī)因其簡單的設(shè)置和開環(huán)配置的精確定位而被廣泛使用。但是可能會(huì)出現(xiàn)與發(fā)熱相關(guān)的問題。這是因?yàn)闉殚_環(huán)步進(jìn)電機(jī)供電的驅(qū)動(dòng)器不使用反饋來控制提供給該電機(jī)的電流量。相反，驅(qū)動(dòng)器始終提供全電流……而不管電機(jī)的扭矩需求如何。因此，電機(jī)以過高的速度消耗功率……。浪費(fèi)能源并產(chǎn)生可避免的熱量。
在某些應(yīng)用中，操作員以盡可能多的電流運(yùn)行開環(huán)步進(jìn)電機(jī)，以產(chǎn)生盡可能大的扭矩。這確保了電機(jī)將在應(yīng)用程序中到達(dá)其位置。但是隨著電流的增加，電機(jī)溫度也會(huì)增加。如果電機(jī)溫度升高得太高，繞組就會(huì)短路，電機(jī)就會(huì)停止工作。因此，設(shè)計(jì)工程師（和電機(jī)最終用戶）必須找到在避免電機(jī)過熱的同時(shí)最大化電機(jī)扭矩的方法。
一種工業(yè)方法是將驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為給電機(jī)提供額定電流。這樣做會(huì)使電機(jī)變熱，但不會(huì)太熱。步進(jìn)電機(jī)溫度達(dá)到70°、80°甚至90°C是正常的。雖然這些溫度使其太熱而無法觸摸電機(jī)，但電機(jī)本身卻沒有受到傷害。
但是設(shè)計(jì)工程師（和電機(jī)最終用戶）還能如何減少電機(jī)熱量呢？在這里，我們將探索另外三種方式：
1.減少空閑（保持）電流
2.降低運(yùn)行電流
3.切換到閉環(huán)控制
一、減少電機(jī)的空閑（保持）電流
當(dāng)電機(jī)加速和減速時(shí)，許多運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用需要最大的扭矩才能達(dá)到其要求。但是當(dāng)電機(jī)空轉(zhuǎn)或保持位置時(shí)，它需要的扭矩要小得多。這些情況是降低電機(jī)電流的好時(shí)機(jī)。
大多數(shù)現(xiàn)代步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)執(zhí)行此操作。例如，驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)將空閑電流降低到運(yùn)行電流的50%。更復(fù)雜的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器讓設(shè)計(jì)工程師可以將空閑電流編程為0到100%之間的任何值。如果步進(jìn)電機(jī)即使在很短的時(shí)間內(nèi)靜止不動(dòng)，減少空閑電流也會(huì)對(duì)電機(jī)熱量產(chǎn)生重大影響。
二、降低運(yùn)行電流
許多設(shè)計(jì)工程師在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)會(huì)謹(jǐn)慎行事——通常會(huì)為手頭的應(yīng)用選擇具有足夠扭矩（而不是剛好足夠）的電機(jī)。在這些情況下，可以通過一些試錯(cuò)測(cè)試來降低電機(jī)的運(yùn)行電流?；旧希@需要少量減少運(yùn)行電流并監(jiān)控運(yùn)動(dòng)輸出。如果試運(yùn)行成功，再次降低運(yùn)行電流并重新測(cè)試電機(jī)性能。
繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，直到電機(jī)錯(cuò)位或停止。然后稍微增加電流，使電機(jī)恢復(fù)準(zhǔn)確定位。在某些情況下——尤其是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)尺寸過大時(shí)——工程師可以將運(yùn)行電流降低到足以顯著降低電機(jī)溫度的程度。
三、切換到閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)
當(dāng)用閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)替換開環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，熱量產(chǎn)生的最顯著減少發(fā)生。當(dāng)配備高分辨率編碼器并由合適的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器供電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)可在伺服控制環(huán)內(nèi)運(yùn)行。這種相對(duì)較新的系統(tǒng)配置需要工程師更換應(yīng)用程序的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。但是溫度降低的幅度通常是值得的。
回顧一下，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)使用反饋回路來精確控制步進(jìn)電機(jī)電流、速度和位置。電流回路確保驅(qū)動(dòng)器提供給電機(jī)的電流僅為滿足扭矩需求所需的量。當(dāng)電機(jī)不產(chǎn)生扭矩（或產(chǎn)生小于最大扭矩的任何東西）時(shí)，電機(jī)的電流會(huì)自動(dòng)下降。這種閉環(huán)控制方案顯著提高了電機(jī)溫度……在某些應(yīng)用中降低了多達(dá)50%或更多。
閉環(huán)步進(jìn)器的其他好處是更快的加速和更高的吞吐量（扭矩比額定保持扭矩高出50%）以及更安靜的操作（甚至更安靜10 dB），因?yàn)殡姍C(jī)繞組中的電流更少。加上沒有失速，系統(tǒng)精度更高。
閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)包含一個(gè)高分辨率編碼器，并由一個(gè)集成的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，當(dāng)負(fù)載不要求扭矩時(shí)，該驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)降低電機(jī)電流。
測(cè)試結(jié)果證實(shí)，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)僅在需要時(shí)才會(huì)消耗電流，因此與開環(huán)選項(xiàng)相比，它們運(yùn)行溫度更低且功耗更低?？紤]運(yùn)行開環(huán)和閉環(huán)變化以獲得相同運(yùn)動(dòng)曲線的實(shí)際測(cè)試：
兩者都具有設(shè)定的負(fù)載慣量和轉(zhuǎn)子慣量，并由48 Vdc電源供電）。本文提供此類輸出的開環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)的平均功耗為43.8 W。相比之下，類似的閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)在提供相同的程序時(shí)僅消耗14.2 W。降低的功耗轉(zhuǎn)化為更少的熱量產(chǎn)生和更低的能源費(fèi)用。
