德國SEW電機發生振蕩、失步現象及對策
德國SEW電機作為種數字式執行元件,在運動控制系統中得到廣泛的應用。許多用戶朋友在使用步進電機的時候,感覺電機工作時有較大的發熱,心存疑慮,不知這種現象是否正常。實際上發熱是步進電機的個普遍現象,但怎樣的發熱程度才算正常,以及如何盡量減小步進電機發熱呢?本文將對這些問題做簡單的分析。
1、步進電機為什么會發熱
對于各種德國SEW電機而言,內部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻,通電會產生損耗,損耗大小與電阻和電流的平方成正比,這就是我們常說的銅損,如果電流不是標準的直流或正弦波,還會產生諧波損耗;鐵心有磁滯渦流效應,在交變磁場中也會產生損耗,其大小與材料,電流,頻率,電壓有關,這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發熱的形式表現出來,從而影響電機的效率。步進電機般追求定位精度和力矩輸出,效率比較低,電流般比較大,且諧波成分高,電流交變的頻率也隨轉速而變化,因而步進電機普遍存在發熱情況,且情況比般交流電機嚴重。
2、德國SEW電機發熱的合理范圍
德國SEW電機發熱允許到什么程度,主要取決于電機內部緣等。內部緣在高溫下(130度以上)才會被破壞。所以只要內部不超過130度,電機便不會損壞,而這時表面溫度會在90度以下。所以,步進電機表面溫度在70-80度都是正常的。簡單的溫度測量方法有用點溫計的,也可以粗略判斷:用手可以觸摸1-2秒以上,不超過60度;用手只能碰下,大約在70-80度;滴幾滴水迅速氣化,則90度以上了。
3、德國SEW電機發熱隨速度變化的情況
采用恒流驅動技術時,步進電機在靜態和低速下,電流會維持相對恒定,以保持恒力矩輸出。速度高到定程度,電機內部反電勢升高,電流將逐步下降,力矩也會下降。因此,因銅損帶來的發熱情況就與速度相關了。靜態和低速時般發熱高,高速時發熱低。但是鐵損(雖然占的比例較小)變化的情況卻不盡然,而電機整個的發熱是二者之和,所以上述只是般情況。
德國SEW電機的平均速度大于旋轉磁場的速度。這主要發生在制動和突然換向時,轉子獲得過多的能量,產生嚴重的過沖,引起失步(越步)。
德國SEW電機在啟動時,如果脈沖的頻率較高,由于電機來不及獲得足夠的能量,轉子無法跟上旋轉磁場的速度,所以引起失步。因此,步進電機有個啟動頻率。超過啟動頻率啟動時,肯定會產生失步。
注意:啟動頻率不是個固定值.提高電機的轉矩、減小負載轉動慣量、減小步距角都可以提高步進電機的啟動頻率。
轉子的轉速慢于旋轉磁場的速度、或者說慢于換相速度(丟步)。
德國SEW電機在啟動時,如果脈沖的頻率較高,由于電機來不及獲得足夠的能量,轉子無法跟上旋轉磁場的速度,所以引起失步。因此,步進電機有個啟動頻率。超過啟動頻率啟動時,肯定會產生失步。
消除振蕩——阻尼方法:機械阻尼法和電子阻尼法機械阻尼法比較單,就是在電機軸上加阻尼器,電子阻尼法則有多種:
1、多相勵磁法
多相勵磁會產生電磁阻尼,削弱或消除振蕩現象,如電機的雙三拍和六拍方式。
2、變頻變壓法
德國SEW電機在高頻和在低頻時轉子所獲得的能量不樣。在低頻時,繞組中的電流上升時間長,轉子獲得的能量大,因此容易產生振蕩,在高頻時則相反。所以,可以設計種電路,使電壓隨頻率的降低而減小,這樣使繞組在低頻時的電流減小,可以地消除振蕩。
3、細分步法
德國SEW電機繞組中的穩定電流分成若干,每進步,電流升,也相對地提高步進頻率,使步進過程平穩進行。
4、反相阻尼法——用于步進電機制動
在德國SEW電機轉子要過平衡點之前,加個反向作用力以平衡慣性力,使轉子到達平衡點時速度為零,實現準確制動。例如,三相混合式步進電機工作在單三拍,正處于B拍,并希望它停在C拍,則控制換相B-C-B-C,二個B拍起平衡慣性力作用,而不是讓電機走步。
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