步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱原因分析，及處理方法

步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后會(huì)有一個(gè)抑制轉(zhuǎn)動(dòng)作用的工作電流，就像是電梯懸停在半空中的狀態(tài)。就是這個(gè)電流，會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱，這個(gè)是正?，F(xiàn)象。

1.原因一

步進(jìn)電機(jī)最有意義的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是在開環(huán)系統(tǒng)里可以實(shí)現(xiàn)精確的控制。開環(huán)控制意味著不需要關(guān)于(轉(zhuǎn)子)位置方面的反饋信息。這種控制避免了使用昂貴的傳感器以及象光學(xué)編碼器這樣的反饋設(shè)備，因?yàn)橹恍枰欇斎氲牟竭M(jìn)脈沖就可以知道(轉(zhuǎn)子)的位置。最近部分客戶向我們山社電機(jī)工程師反映步進(jìn)電機(jī)也容易出現(xiàn)發(fā)熱的問題，那么遇到這種情況該怎么解決呢?

1、減少步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱，減少發(fā)熱就是減少銅損和鐵損。減少銅損有兩個(gè)方向，減少電陰和電流，這就要求在選型時(shí)盡量選擇電阻小和額定電流小的電機(jī)，對(duì)兩相步進(jìn)電機(jī)，能用串聯(lián)的電機(jī)就不用并聯(lián)電機(jī)，但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。

2、對(duì)于已經(jīng)選定的電機(jī)，則應(yīng)充分利用驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)半流控制功能和脫機(jī)功能，前者在電機(jī)處于靜態(tài)時(shí)自動(dòng)減少電流，后者干脆將電流切斷。

3、另外，細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機(jī)發(fā)熱也會(huì)較少。減少鐵損的辦法不多，電壓等級(jí)與之有關(guān)，高壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)雖然會(huì)帶來高速特性的提升，但也帶來發(fā)熱的增加。

4、應(yīng)當(dāng)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓等級(jí)，兼顧高帶性、平穩(wěn)性和發(fā)熱、噪音等指標(biāo)。

2.原因二

步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱雖然一般不會(huì)影響電機(jī)的壽命，對(duì)大多數(shù)客戶沒必要理會(huì)。但是嚴(yán)重時(shí)會(huì)帶來一些負(fù)面影響。如步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化，會(huì)影響步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，高速會(huì)容易失步。又如有些場(chǎng)合不允許步進(jìn)電機(jī)的過度發(fā)熱，如醫(yī)療器械和高精度的測(cè)試設(shè)備等。因此對(duì)步進(jìn)電機(jī)的發(fā)熱應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的控制。 電機(jī)發(fā)熱的原因有這幾個(gè)方面：

1、驅(qū)動(dòng)器所設(shè)的電流比電機(jī)的額定電流大

2、電機(jī)的轉(zhuǎn)速過快

3、電機(jī)本身的慣量和定位轉(zhuǎn)矩大，所以即使是中速運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)發(fā)熱，但不影響電機(jī)的壽命。電機(jī)的退磁點(diǎn)在130-200℃，所以電機(jī)在70-90℃屬于正?，F(xiàn)象，只要小于130℃就一般沒有什么問題，如果真的感覺過熱，就把驅(qū)動(dòng)器的電流設(shè)成電機(jī)額定電流的70%左右或者電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低一些。

3.原因三

步進(jìn)電機(jī)作為一種數(shù)字式執(zhí)行元件，在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。許多用戶朋友在使用步進(jìn)電機(jī)的時(shí)候，感覺電機(jī)工作時(shí)有較大的發(fā)熱，心存疑慮，不知這種現(xiàn)象是否正常。實(shí)際上發(fā)熱是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)普遍現(xiàn)象，但怎樣的發(fā)熱程度才算正常，以及如何盡量減小步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱呢？

以下我們?yōu)榇蠹易鲆恍┖?jiǎn)單的分，希望可以在實(shí)際的工作中得到切實(shí)的應(yīng)用：

1、電機(jī)發(fā)熱的原理

我們通常見到的各類電機(jī)，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會(huì)產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，還會(huì)產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。銅損和鐵損都會(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。

2、步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱的合理范圍

電機(jī)發(fā)熱允許到什么程度，主要取決于電機(jī)內(nèi)部絕緣等級(jí)。內(nèi)部絕緣性能在高溫下(130度以上)才會(huì)被破壞。所以只要內(nèi)部不超過130度，電機(jī)不會(huì)損環(huán)，而這時(shí)表面溫度會(huì)在90度以下。所以，步進(jìn)電機(jī)表面溫度在70-80度都是正常的。簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量方法有用點(diǎn)溫計(jì)的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1-2秒以上，不超過60度；用手只能碰一下，大約在70-80度；滴幾滴水迅速氣化，則90度以上了。

3、步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱隨速度變化的情況

采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在靜態(tài)和低速下，電流會(huì)維持恒定，以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度，電機(jī)內(nèi)部反電勢(shì)升高，電流將逐步下降，力矩也會(huì)下降。因此，因銅損帶來的發(fā)熱情況就與速度相關(guān)了。靜態(tài)和低速時(shí)一般發(fā)熱高，高速時(shí)發(fā)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(jī)整個(gè)的發(fā)熱是二者之和，所以上述只是一般情況。

4、發(fā)熱帶來的影響

電機(jī)發(fā)熱雖然一般不會(huì)影響電機(jī)的壽命，對(duì)大多數(shù)客戶沒必要理會(huì)。但是嚴(yán)重時(shí)會(huì)帶來一些負(fù)面影響。如電機(jī)內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化，會(huì)影響電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，高速會(huì)容易失步。又如有些場(chǎng)合不允許電機(jī)的過度發(fā)熱，如醫(yī)療器械和高精度的測(cè)試設(shè)備等。因此對(duì)電機(jī)的發(fā)熱應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的控制。

5、如何減少電機(jī)的發(fā)熱

減少發(fā)熱，就是減少銅損和鐵損。 減少銅損有兩個(gè)方向，減少電阻和電流，這就要求在選型時(shí)盡量選擇電阻小和額定電流小的電機(jī)，對(duì)兩相電機(jī)，能用串聯(lián)的電機(jī)就不用并聯(lián)電機(jī)。但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對(duì)于已經(jīng)選定的電機(jī)，則應(yīng)充分利用驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)半流控制功能和脫機(jī)功能，前者在電機(jī)處于靜態(tài)時(shí)自動(dòng)減少電流，后者干脆將電流切斷。另外，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機(jī)發(fā)熱也會(huì)較少。 減少鐵損的辦法不多，電壓等級(jí)與之有關(guān)，高壓驅(qū)動(dòng)的電機(jī)雖然會(huì)帶來高速特性的提升，但也帶來發(fā)熱的增加。所以應(yīng)當(dāng)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí)，兼顧高速性，平穩(wěn)性和發(fā)熱，噪音等指標(biāo)。

對(duì)于各種步進(jìn)電機(jī)而言，內(nèi)部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻，通電會(huì)產(chǎn)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隕，如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，還會(huì)產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生損耗，其大小與材料、電流、頻率、電壓有關(guān)，這叫鐵損。銅損和鐵損都會(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。