Análisis de las causas del sobrecalentamiento del motor paso a paso

Primera razón.

Una de las ventajas más significativas demotores paso a pasoes el control preciso que se puede lograr en un sistema de lazo abierto. El control de lazo abierto significa que no se requiere información de retroalimentación sobre la posición (del rotor).

Este sistema de control evita el uso de sensores costosos y dispositivos de retroalimentación como codificadores ópticos, ya que solo es necesario rastrear los pulsos de entrada para conocer la posición del rotor. Recientemente, algunos clientes han comentado a nuestros ingenieros de motores Shangshe que los motores paso a paso también son propensos a problemas de sobrecalentamiento, por lo que nos preguntan cómo solucionar esta situación. 

1, reducirmotor paso a pasoCalor, reducir el calor es reducir las pérdidas de cobre y de hierro. Reducir las pérdidas de cobre en dos direcciones, reducir la corriente eléctrica y la corriente, lo que requiere la selección de una resistencia pequeña y una corriente nominal lo más pequeña posible cuando el motor, motor paso a paso bifásico, puede usarse en serie en lugar de en paralelo, pero esto a menudo contradice los requisitos de par y alta velocidad.

2. Para el motor seleccionado, se debe aprovechar al máximo la función de control automático de media corriente y la función fuera de línea del variador. La primera reduce automáticamente la corriente cuando el motor está en reposo, mientras que la segunda simplemente la corta.

3. Además, debido a que la forma de onda de la corriente del motor paso a paso es casi sinusoidal, con menos armónicos, el calentamiento del motor será menor. Existen pocas maneras de reducir las pérdidas por fricción en el hierro, y el nivel de voltaje está relacionado con ello. Si bien un motor de alto voltaje aumenta las características de alta velocidad, también aumenta la generación de calor. 

4. Se debe elegir el nivel de voltaje del motor de accionamiento adecuado, teniendo en cuenta la banda alta, la suavidad y el calor, el ruido y otros indicadores.

Segunda razón.

El calor generado por los motores paso a paso, si bien generalmente no afecta su vida útil, no suele ser un factor determinante para la mayoría de los usuarios. Sin embargo, en casos graves, puede tener efectos negativos. Por ejemplo, el coeficiente de dilatación térmica interna de cada componente del motor, junto con las variaciones en la tensión estructural y los pequeños cambios en el espacio de aire interno, pueden afectar la respuesta dinámica del motor, provocando una pérdida de pasos a alta velocidad. Otro ejemplo es que, en ciertas aplicaciones, como en dispositivos médicos y equipos de prueba de alta precisión, no se permite la generación excesiva de calor en los motores paso a paso. Por lo tanto, es necesario controlar el calor generado por estos motores.

1. La corriente establecida por el controlador es mayor que la corriente nominal del motor.

2. La velocidad del motor es demasiado rápida.

3. El motor tiene una gran inercia y par de posicionamiento, por lo que incluso a velocidad media se calentará, pero esto no afecta su vida útil. El punto de desmagnetización del motor se encuentra entre 130 y 200 °C, por lo que una temperatura de entre 70 y 90 °C es normal. Si la temperatura es inferior a 130 °C, generalmente no hay problema. Si nota un sobrecalentamiento, ajuste la corriente de accionamiento a aproximadamente el 70 % de la corriente nominal del motor o reduzca la velocidad del motor.

Tercera razón.

El motor paso a paso, como elemento de actuación digital, se utiliza ampliamente en sistemas de control de movimiento. Muchos usuarios de motores paso a paso notan que estos generan mucho calor durante su funcionamiento y tienen dudas sobre si este fenómeno es normal. De hecho, el calentamiento es un fenómeno común en los motores paso a paso, pero ¿qué nivel de calor se considera normal y cómo minimizarlo?

 

A continuación realizamos una clasificación sencilla, con la esperanza de que sea útil en el trabajo real de aplicaciones prácticas:

1. Principio de calentamiento del motor

Generalmente vemos todo tipo de motores, con su núcleo interno y bobinado. El bobinado tiene resistencia y, al energizarse, produce pérdidas. El tamaño de estas pérdidas es proporcional a la resistencia y al cuadrado de la corriente, lo que se conoce como pérdida de cobre. Si la corriente no es CC estándar ni sinusoidal, también se producen pérdidas armónicas. El núcleo tiene un efecto de corrientes parásitas por histéresis y, en un campo magnético alterno, también produce pérdidas. El tamaño del material, la corriente, la frecuencia y el voltaje se denominan pérdidas de hierro. Las pérdidas de cobre y de hierro se manifiestan en forma de calor, afectando así la eficiencia del motor. Los motores paso a paso generalmente buscan precisión de posicionamiento y par de salida, pero su eficiencia es relativamente baja, la corriente suele ser relativamente alta y presentan altos componentes armónicos. La frecuencia de la corriente alterna también varía con la velocidad, por lo que los motores paso a paso suelen generar calor, una situación más grave que en los motores de CA convencionales.

2 motores paso a paso con un rango de calentamiento razonable

El grado de generación de calor permitida en un motor depende en gran medida de su nivel de aislamiento interno. El aislamiento interno solo se destruirá a altas temperaturas (superiores a 130 grados). Por lo tanto, siempre que la temperatura interna no supere los 130 grados, el motor no dañará el anillo y la temperatura de la superficie será inferior a 90 grados en ese punto. En consecuencia, una temperatura superficial de 70-80 grados es normal. Un método sencillo para medir la temperatura es usar un termómetro de punto, que permite determinar aproximadamente: si se puede tocar con la mano durante más de 1-2 segundos, la temperatura no supera los 60 grados; si solo se puede tocar con la mano, la temperatura ronda los 70-80 grados; si unas gotas de agua se evaporan rápidamente, la temperatura supera los 90 grados.

Calentamiento de 3 motores paso a paso con cambio de velocidad

Al utilizar la tecnología de accionamiento de corriente constante, en el motor paso a paso, a velocidad baja y en reposo, la corriente se mantiene constante para conservar un par motor constante. Cuando la velocidad aumenta, el potencial interno del motor se incrementa, la corriente disminuye gradualmente y, por consiguiente, el par también. Por lo tanto, el calentamiento debido a las pérdidas por efecto Joule depende de la velocidad. Generalmente, a baja velocidad y en reposo se genera mucho calor, mientras que a alta velocidad se genera poco. Sin embargo, las pérdidas por efecto Joule (aunque en menor proporción) varían de forma diferente, y el calor total del motor es la suma de ambos, por lo que lo anterior solo representa una situación general.

4 calor provocado por el impacto

Si bien el calor del motor generalmente no afecta su vida útil, la mayoría de los clientes no le prestan atención. Sin embargo, en casos graves, puede tener consecuencias negativas. Por ejemplo, los diferentes coeficientes de dilatación térmica de las partes internas del motor provocan cambios en la tensión estructural y pequeñas variaciones en el espacio de aire interno, lo que afecta la respuesta dinámica del motor y puede causar una pérdida de velocidad a altas velocidades. Otro ejemplo es que en ciertas aplicaciones, como en equipos médicos y equipos de prueba de alta precisión, no se permite el sobrecalentamiento del motor. Por lo tanto, es necesario controlar la generación de calor del motor.

 5. Cómo reducir el calor del motor

Reducir la generación de calor implica reducir las pérdidas por cobre y hierro. Reducir las pérdidas por cobre en dos direcciones, reduciendo la resistencia y la corriente, lo que requiere la selección de una resistencia baja y una corriente nominal lo más baja posible cuando el motor, el motor bifásico, puede usar el motor en serie sin motor en paralelo. Pero esto a menudo contradice los requisitos de par y alta velocidad. Para el motor seleccionado, la función de control automático de media corriente y la función fuera de línea del variador deben utilizarse completamente; la primera reduce automáticamente la corriente cuando el motor está en reposo, y la segunda simplemente corta la corriente. Además, el variador subdividido, debido a que la forma de onda de la corriente es casi sinusoidal, menos armónicos, el calentamiento del motor también será menor. Hay pocas maneras de reducir las pérdidas por hierro, y el nivel de voltaje está relacionado con esto. Si bien un motor accionado por alto voltaje traerá un aumento en las características de alta velocidad, también traerá un aumento en la generación de calor. Por lo tanto, debe elegir el nivel de voltaje de accionamiento apropiado, teniendo en cuenta la alta velocidad, la suavidad y el calor, el ruido y otros indicadores.

En todos los tipos de motores paso a paso, el interior está compuesto por un núcleo de hierro y una bobina. La bobina tiene resistencia y, al energizarse, produce pérdidas, cuya magnitud es proporcional al cuadrado de la resistencia y la corriente. A menudo se la denomina pérdida por efecto Joule (o pérdida armónica). Si la corriente no es CC estándar ni sinusoidal, también se producen pérdidas armónicas. El núcleo presenta un efecto de corrientes parásitas por histéresis, que en un campo magnético alterno también produce pérdidas. La magnitud de estas pérdidas depende del material, la corriente, la frecuencia y el voltaje, y se denomina pérdida por efecto Joule. Las pérdidas por efecto Joule y por efecto Joule se manifiestan en forma de calor, lo que afecta la eficiencia del motor. Los motores paso a paso generalmente buscan precisión de posicionamiento y par de salida. Su eficiencia es relativamente baja, la corriente suele ser relativamente alta y presentan altos componentes armónicos. La frecuencia de la corriente alterna también varía con la velocidad, por lo que los motores paso a paso suelen generar calor, una situación más grave que en los motores de CA convencionales.