การวิเคราะห์สาเหตุความร้อนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์

เหตุผลที่หนึ่ง

ข้อดีที่มีความหมายที่สุดประการหนึ่งของมอเตอร์สเต็ปเปอร์คือการควบคุมที่แม่นยำซึ่งสามารถทำได้ในระบบวงเปิด การควบคุมวงเปิดหมายความว่าไม่จำเป็นต้องมีข้อมูลป้อนกลับเกี่ยวกับตำแหน่ง (โรเตอร์)

การควบคุมนี้ช่วยหลีกเลี่ยงการใช้เซ็นเซอร์และอุปกรณ์ป้อนกลับราคาแพง เช่น ตัวเข้ารหัสออปติคัล เนื่องจากต้องติดตามเฉพาะพัลส์สเต็ปอินพุตเท่านั้นจึงจะทราบตำแหน่งของ (โรเตอร์) ได้ เมื่อเร็ว ๆ นี้ ลูกค้าบางรายได้แจ้งต่อวิศวกรมอเตอร์ของ Shangshe ของเราว่ามอเตอร์สเต็ปเปอร์ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาความร้อนเช่นกัน แล้วจะแก้ไขสถานการณ์นี้อย่างไร 

1. ลดมอเตอร์สเต็ปเปอร์ความร้อน การลดความร้อนคือการลดการสูญเสียทองแดงและเหล็ก ลดการสูญเสียทองแดงในสองทิศทาง ลดหยินไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต้องเลือกความต้านทานต่ำและกระแสไฟฟ้าที่กำหนดน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เมื่อมอเตอร์ มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบสองเฟสสามารถใช้กับมอเตอร์แบบอนุกรม ไม่ใช่มอเตอร์แบบขนาน แต่บ่อยครั้งที่ขัดแย้งกับข้อกำหนดด้านแรงบิดและความเร็วสูง

2. สำหรับมอเตอร์ที่ถูกเลือก ควรใช้ฟังก์ชันควบคุมกระแสครึ่งหนึ่งอัตโนมัติของไดรฟ์และฟังก์ชันออฟไลน์ให้เต็มที่ โดยฟังก์ชันแรกจะลดกระแสโดยอัตโนมัติเมื่อมอเตอร์หยุดนิ่ง ส่วนฟังก์ชันออฟไลน์จะตัดกระแสโดยอัตโนมัติ

3. นอกจากนี้ ไดรฟ์มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบแบ่งย่อย เนื่องจากรูปคลื่นกระแสใกล้เคียงกับรูปคลื่นไซน์ ฮาร์มอนิกที่น้อยลง ความร้อนของมอเตอร์จะลดลง มีวิธีลดการสูญเสียเหล็กอยู่ไม่กี่วิธี ซึ่งระดับแรงดันไฟฟ้าก็เกี่ยวข้องด้วย ถึงแม้ว่ามอเตอร์ขับเคลื่อนแรงดันสูงจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติความเร็วสูง แต่ก็เพิ่มความร้อนด้วยเช่นกัน 

4. ควรเลือกระดับแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ขับเคลื่อนที่เหมาะสม โดยคำนึงถึงแบนด์สูง ความเรียบและความร้อน สัญญาณรบกวน และตัวบ่งชี้อื่นๆ

เหตุผลที่สอง

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วความร้อนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะไม่ส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ แต่ลูกค้าส่วนใหญ่มักไม่จำเป็นต้องใส่ใจ แต่อย่างจริงจังก็อาจส่งผลเสียได้ เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนภายในมอเตอร์สเต็ปเปอร์ของแต่ละชิ้นส่วนจะมีการเปลี่ยนแปลงของแรงเค้นโครงสร้างที่แตกต่างกัน และการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของช่องว่างอากาศภายใน ซึ่งจะส่งผลต่อการตอบสนองแบบไดนามิกของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ ทำให้ความเร็วสูงอาจสูญเสียสเต็ปเปอร์ได้ง่าย อีกตัวอย่างหนึ่งคือในบางโอกาสที่มอเตอร์สเต็ปเปอร์ไม่สามารถผลิตความร้อนได้มาก เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์และอุปกรณ์ทดสอบความแม่นยำสูง ดังนั้นการควบคุมความร้อนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จึงเป็นสิ่งจำเป็น ความร้อนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์เกิดจากปัจจัยเหล่านี้

1. กระแสที่ไดรเวอร์ตั้งค่าไว้จะมากกว่ากระแสที่กำหนดของมอเตอร์

2. ความเร็วของมอเตอร์เร็วเกินไป

3. มอเตอร์มีแรงเฉื่อยและแรงบิดตำแหน่งสูง แม้การทำงานที่ความเร็วปานกลางก็อาจร้อนได้ แต่ไม่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ จุดล้างสนามแม่เหล็กของมอเตอร์อยู่ที่ 130-200 องศาเซลเซียส ดังนั้นมอเตอร์ที่อุณหภูมิ 70-90 องศาเซลเซียสจึงเป็นเรื่องปกติ ตราบใดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 130 องศาเซลเซียสโดยทั่วไปก็ไม่มีปัญหา หากรู้สึกว่ามอเตอร์ร้อนเกินไป ให้ตั้งค่ากระแสขับไว้ที่ประมาณ 70% ของกระแสมอเตอร์ที่กำหนดหรือความเร็วมอเตอร์เพื่อลดความเร็วลง

เหตุผลที่สาม

มอเตอร์สเต็ปเปอร์ในฐานะอุปกรณ์ควบคุมการทำงานแบบดิจิทัล ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในระบบควบคุมการเคลื่อนที่ ผู้ใช้และเพื่อนๆ หลายคนที่ใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์มักรู้สึกว่ามอเตอร์ทำงานโดยมีความร้อนสูง จึงเกิดข้อสงสัย และไม่ทราบว่าปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องปกติหรือไม่ อันที่จริง ความร้อนเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ แต่ความร้อนในระดับใดจึงจะถือว่าปกติ และจะลดความร้อนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้อย่างไร

 

ต่อไปนี้เราจะทำการจำแนกประเภทแบบง่าย ๆ ซึ่งหวังว่าจะเป็นประโยชน์ในการใช้งานจริง:

หลักการทำความร้อนมอเตอร์ 1 ตัว

เรามักจะเห็นมอเตอร์ทุกประเภท ทั้งแกนในและขดลวด ขดลวดมีค่าความต้านทาน เมื่อได้รับพลังงานจะทำให้เกิดการสูญเสีย ขนาดของการสูญเสีย ความต้านทาน และกระแสจะเป็นสัดส่วนกับการสูญเสีย ซึ่งมักเรียกว่าการสูญเสียทองแดง หากกระแสไฟฟ้าไม่ใช่กระแสตรงหรือคลื่นไซน์มาตรฐาน การสูญเสียฮาร์มอนิกก็จะมีเช่นกัน แกนในมีปรากฏการณ์กระแสวนแบบฮิสเทอรีซิส ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับก็จะทำให้เกิดการสูญเสีย ขนาดของวัสดุ กระแส ความถี่ และแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียเหล็ก การสูญเสียทองแดงและการสูญเสียเหล็กจะปรากฏในรูปของความร้อน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์ โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะมุ่งเน้นความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งและแรงบิดเอาต์พุต ประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ กระแสไฟฟ้าโดยทั่วไปค่อนข้างสูง และส่วนประกอบฮาร์มอนิกสูง ความถี่ของการสลับกระแสจะแตกต่างกันไปตามความเร็ว ดังนั้นมอเตอร์สเต็ปเปอร์จึงมักมีความร้อน ซึ่งสถานการณ์จะรุนแรงกว่ามอเตอร์กระแสสลับทั่วไป

มอเตอร์ 2 สเต็ปเปอร์ ช่วงความร้อนที่เหมาะสม

ระดับความร้อนที่มอเตอร์สามารถผลิตได้นั้นขึ้นอยู่กับระดับฉนวนภายในของมอเตอร์เป็นหลัก ฉนวนภายในจะถูกทำลายเฉพาะเมื่ออุณหภูมิสูง (สูงกว่า 130 องศา) ดังนั้น ตราบใดที่อุณหภูมิภายในไม่เกิน 130 องศา มอเตอร์จะไม่ทำให้วงแหวนเสียหาย และอุณหภูมิพื้นผิวจะต่ำกว่า 90 องศา ณ จุดนั้น ดังนั้น อุณหภูมิพื้นผิวของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ 70-80 องศาจึงถือเป็นอุณหภูมิปกติ วิธีการวัดอุณหภูมิแบบง่ายๆ มีประโยชน์คือเทอร์โมมิเตอร์แบบจุด คุณยังสามารถวัดค่าคร่าวๆ ได้ เช่น สัมผัสด้วยมือได้นานกว่า 1-2 วินาที ไม่เกิน 60 องศา สัมผัสด้วยมือได้เพียงประมาณ 70-80 องศา หยดน้ำเพียงไม่กี่หยดระเหยอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิจะมากกว่า 90 องศา

มอเตอร์ 3 สเต็ปเปอร์ทำความร้อนพร้อมเปลี่ยนความเร็ว

เมื่อใช้เทคโนโลยีขับเคลื่อนกระแสคงที่ มอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ความเร็วคงที่และความเร็วต่ำ กระแสจะคงที่เพื่อรักษาแรงบิดเอาต์พุตให้คงที่ เมื่อความเร็วสูงถึงระดับหนึ่ง ศักย์ไฟฟ้าภายในของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้น กระแสจะค่อยๆ ลดลง และแรงบิดก็จะลดลงเช่นกัน ดังนั้น สภาวะความร้อนที่เกิดจากการสูญเสียทองแดงจะขึ้นอยู่กับความเร็ว โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วคงที่และความเร็วต่ำจะก่อให้เกิดความร้อนสูง ในขณะที่ความเร็วสูงจะก่อให้เกิดความร้อนต่ำ แต่การเปลี่ยนแปลงของการสูญเสียเหล็ก (แม้จะมีสัดส่วนที่น้อยกว่า) จะไม่เท่ากัน และความร้อนทั้งหมดของมอเตอร์เป็นผลรวมของทั้งสอง ดังนั้นข้างต้นจึงเป็นเพียงสถานการณ์ทั่วไป

4. ความร้อนที่เกิดจากแรงกระแทก

แม้ว่าโดยทั่วไปความร้อนของมอเตอร์จะไม่ส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ แต่ลูกค้าส่วนใหญ่ไม่จำเป็นต้องใส่ใจ แต่อย่างจริงจังก็อาจส่งผลเสียได้ เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของชิ้นส่วนภายในมอเตอร์ที่แตกต่างกัน นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของแรงเค้นโครงสร้าง และการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในช่องว่างอากาศภายใน ซึ่งจะส่งผลต่อการตอบสนองแบบไดนามิกของมอเตอร์ ทำให้ความเร็วสูงสูญเสียความเร็วได้ง่าย อีกตัวอย่างหนึ่งคือ ในบางสถานการณ์ที่มอเตอร์ไม่สามารถรับความร้อนได้สูง เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์และอุปกรณ์ทดสอบความแม่นยำสูง ดังนั้น ควรควบคุมการเกิดความร้อนของมอเตอร์ตามความจำเป็น

 5 วิธีลดความร้อนของมอเตอร์

การลดการเกิดความร้อน คือการลดการสูญเสียทองแดงและการสูญเสียเหล็ก การลดการสูญเสียทองแดงในสองทิศทาง ลดความต้านทานและกระแสไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต้องเลือกค่าความต้านทานต่ำและกระแสไฟฟ้าที่กำหนดน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เมื่อมอเตอร์แบบสองเฟสสามารถใช้มอเตอร์แบบอนุกรมได้โดยไม่ต้องต่อมอเตอร์แบบขนาน แต่บ่อยครั้งที่สิ่งนี้ขัดแย้งกับข้อกำหนดด้านแรงบิดและความเร็วสูง สำหรับมอเตอร์ที่เลือก ควรใช้ฟังก์ชันควบคุมกระแสครึ่งหนึ่งอัตโนมัติและฟังก์ชันออฟไลน์ของไดรฟ์อย่างเต็มที่ โดยฟังก์ชันแรกจะลดกระแสโดยอัตโนมัติเมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน และฟังก์ชันหลังจะตัดกระแสโดยอัตโนมัติ นอกจากนี้ ไดรฟ์แบบแบ่งย่อย เนื่องจากรูปคลื่นกระแสใกล้เคียงกับรูปคลื่นไซน์ ฮาร์มอนิกที่น้อยลง ความร้อนของมอเตอร์ก็จะน้อยลงเช่นกัน มีวิธีลดการสูญเสียเหล็กอยู่บ้าง และระดับแรงดันไฟฟ้าก็เกี่ยวข้องกัน แม้ว่ามอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงจะทำให้คุณสมบัติความเร็วสูงเพิ่มขึ้น แต่ก็ทำให้ความร้อนเพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นควรเลือกระดับแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ที่เหมาะสม โดยคำนึงถึงความเร็วสูง ความราบรื่นและความร้อน สัญญาณรบกวน และตัวบ่งชี้อื่นๆ

สำหรับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ทุกชนิด ภายในประกอบด้วยแกนเหล็กและขดลวด ขดลวดมีค่าความต้านทาน เมื่อได้รับพลังงานจะทำให้เกิดการสูญเสีย ขนาดของการสูญเสียจะแปรผันตามกำลังสองของความต้านทานและกระแสไฟฟ้า ซึ่งมักเรียกว่าทองแดงเมทิเออร์ หากกระแสไฟฟ้าไม่ใช่กระแสตรงหรือคลื่นไซน์มาตรฐาน การสูญเสียฮาร์มอนิกก็จะมีเช่นกัน แกนกลางมีปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิส (hysteresis) ซึ่งเป็นกระแสเอ็ดดี้ ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับก็จะทำให้เกิดการสูญเสียเช่นกัน ซึ่งขนาดของวัสดุ กระแสไฟฟ้า ความถี่ และแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียเหล็ก การสูญเสียทองแดงและการสูญเสียเหล็กจะปรากฏในรูปของความร้อน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์ โดยทั่วไปมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะมุ่งเน้นความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งและแรงบิดเอาต์พุต ประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ กระแสไฟฟ้าโดยทั่วไปค่อนข้างสูง และส่วนประกอบฮาร์มอนิกสูง ความถี่ของการสลับกระแสไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามความเร็ว ดังนั้นมอเตอร์สเต็ปเปอร์จึงมักมีความร้อน ซึ่งสถานการณ์จะรุนแรงกว่ามอเตอร์กระแสสลับทั่วไป