Análise das causas de aquecimento do motor de passo

Primeiro motivo.

Uma das vantagens mais significativas demotores de passoÉ o controle preciso que pode ser alcançado em um sistema de malha aberta. Controle de malha aberta significa que nenhuma informação de realimentação sobre a posição (do rotor) é necessária.

Este controle evita o uso de sensores e dispositivos de feedback caros, como encoders ópticos, pois apenas os pulsos de entrada precisam ser rastreados para determinar a posição do rotor. Recentemente, alguns clientes relataram aos nossos engenheiros de motores da Shangshe que os motores de passo também são propensos a problemas de superaquecimento. Como podemos solucionar essa situação? 

1, reduzirmotor de passoReduzir o calor significa diminuir as perdas no cobre e no ferro. Reduzir as perdas no cobre reduz a perda de carga e a corrente elétrica, o que exige a seleção de motores com baixa resistência e corrente nominal o mais baixa possível. No caso de motores de passo bifásicos, é possível utilizá-los em série, e não em paralelo, porém isso frequentemente entra em conflito com os requisitos de torque e alta velocidade.

2. Após a seleção do motor, deve-se utilizar plenamente a função de controle automático de meia corrente e a função offline do inversor. A primeira reduz automaticamente a corrente quando o motor está parado, enquanto a segunda simplesmente corta a corrente.

3. Além disso, o acionamento de motores de passo subdivididos, devido à forma de onda da corrente ser próxima da senoidal, com menos harmônicos, resulta em menor aquecimento do motor. Existem poucas maneiras de reduzir as perdas no ferro, e o nível de tensão está relacionado a elas. Embora o acionamento do motor em alta tensão proporcione um aumento nas características de alta velocidade, também aumenta a geração de calor. 

4. Deve-se escolher o nível de tensão apropriado para o motor de acionamento, levando em consideração a faixa de alta potência, a suavidade, o calor, o ruído e outros indicadores.

Segundo motivo.

Embora o aquecimento do motor de passo geralmente não afete sua vida útil, a maioria dos clientes não precisa se preocupar com isso. No entanto, em casos graves, pode causar alguns efeitos negativos. Por exemplo, o coeficiente de expansão térmica interno do motor de passo, as diferentes tensões estruturais em cada componente e pequenas variações no espaço de ar interno podem afetar a resposta dinâmica do motor, tornando mais fácil a perda de passos em altas velocidades. Outro exemplo é que, em algumas aplicações, como dispositivos médicos e equipamentos de teste de alta precisão, a geração excessiva de calor pelos motores de passo não é permitida. Portanto, o controle da temperatura do motor de passo é essencial. Esses são os principais fatores que contribuem para o superaquecimento do motor.

1. A corrente definida pelo driver é maior que a corrente nominal do motor.

2. A velocidade do motor está muito alta.

3. O próprio motor possui grande inércia e torque de posicionamento, portanto, mesmo em operação em velocidade média, ele aquecerá, mas isso não afeta sua vida útil. O ponto de desmagnetização do motor está entre 130 e 200 °C, então temperaturas entre 70 e 90 °C são normais. Contanto que a temperatura esteja abaixo de 130 °C, geralmente não há problema. Se você perceber superaquecimento, ajuste a corrente de acionamento para cerca de 70% da corrente nominal do motor ou reduza um pouco a velocidade do motor.

Motivo três.

O motor de passo, como elemento atuador digital, tem sido amplamente utilizado em sistemas de controle de movimento. Muitos usuários e entusiastas que utilizam motores de passo percebem que eles geram muito calor durante o funcionamento, e têm dúvidas se esse fenômeno é normal. De fato, o aquecimento é comum em motores de passo, mas qual o nível de aquecimento considerado normal e como minimizar esse aquecimento?

 

A seguir, apresentamos uma classificação simples, que esperamos que seja útil em aplicações práticas:

1. Princípio de aquecimento do motor

Normalmente, vemos diversos tipos de motores, com núcleo interno e bobina de enrolamento. O enrolamento possui resistência e, quando energizado, produz perdas. A magnitude dessas perdas é proporcional ao quadrado da resistência e da corrente, frequentemente denominadas perdas no cobre. Se a corrente não for CC padrão ou senoidal, também haverá perdas harmônicas. O núcleo apresenta histerese devido ao efeito de correntes parasitas e, em um campo magnético alternado, também produz perdas. Essas perdas variam de acordo com o material, a corrente, a frequência e a tensão, sendo chamadas de perdas no ferro. As perdas no cobre e no ferro se manifestam na forma de calor, afetando a eficiência do motor. Os motores de passo, que geralmente visam precisão de posicionamento e torque, possuem eficiência relativamente baixa, corrente geralmente alta e alta componente harmônica. A frequência da corrente alternada também varia com a velocidade, resultando em maior geração de calor em motores de passo, um problema mais grave do que em motores CA convencionais.

2 motores de passo com aquecimento em faixa razoável

A quantidade de calor permitida no motor depende em grande parte do seu nível de isolamento interno. O isolamento interno só se deteriora em altas temperaturas (acima de 130 graus). Portanto, desde que a temperatura interna não ultrapasse 130 graus, o motor não danificará o anel e a temperatura da superfície ficará abaixo de 90 graus. Assim, temperaturas na superfície do motor de passo entre 70 e 80 graus são consideradas normais. Um método simples de medição de temperatura, como um termômetro de ponto, também pode ser usado para determinar aproximadamente a temperatura: se você conseguir tocar com a mão por mais de 1 a 2 segundos, não ultrapassará 60 graus; se você conseguir tocar com a mão, estará entre 70 e 80 graus; se algumas gotas de água evaporarem rapidamente, estará acima de 90 graus.

Aquecimento de 3 motores de passo com mudança de velocidade

Ao utilizar a tecnologia de acionamento por corrente constante, o motor de passo, em condições estáticas e de baixa velocidade, mantém a corrente constante para garantir um torque de saída constante. Quando a velocidade aumenta até um certo ponto, o potencial reverso interno do motor sobe, a corrente diminui gradualmente e, consequentemente, o torque também diminui. Portanto, o aquecimento devido às perdas no cobre varia de acordo com a velocidade. Em condições estáticas e de baixa velocidade, geralmente gera-se mais calor, enquanto em altas velocidades, gera-se menos calor. No entanto, as perdas no ferro (embora em menor proporção) não variam da mesma forma, e o calor total do motor é a soma das duas variações. Assim, a situação descrita acima representa apenas um cenário geral.

4. Calor gerado pelo impacto

Embora o calor do motor geralmente não afete sua vida útil, a maioria dos clientes não precisa se preocupar com isso. No entanto, o superaquecimento pode ter impactos negativos. Por exemplo, os diferentes coeficientes de expansão térmica das peças internas do motor levam a alterações na tensão estrutural e pequenas variações no entreferro interno, afetando a resposta dinâmica do motor e podendo causar perda de velocidade em altas rotações. Outro exemplo é que, em algumas aplicações, como equipamentos médicos e equipamentos de teste de alta precisão, o superaquecimento do motor não é permitido. Portanto, a geração de calor do motor deve ser controlada conforme necessário.

 5. Como reduzir o aquecimento do motor

Reduzir a geração de calor significa reduzir as perdas no cobre e no ferro. A redução das perdas no cobre ocorre em ambas as direções: reduz a resistência e a corrente. Isso exige a seleção de motores com baixa resistência e corrente nominal, especialmente motores bifásicos, podendo ser utilizados em série, sem a necessidade de motores em paralelo. No entanto, essa configuração frequentemente entra em conflito com os requisitos de torque e alta velocidade. Para o motor selecionado, as funções de controle automático de meia corrente e desligamento automático do inversor devem ser totalmente utilizadas. A primeira reduz automaticamente a corrente quando o motor está parado, enquanto a segunda simplesmente a corta. Além disso, inversores com subdivisão de fase, devido à forma de onda da corrente ser próxima da senoidal, apresentam menos harmônicos e, consequentemente, menor aquecimento do motor. Existem poucas maneiras de reduzir as perdas no ferro, e o nível de tensão está diretamente relacionado a isso. Embora um motor acionado por alta tensão proporcione um aumento nas características de alta velocidade, também aumenta a geração de calor. Portanto, deve-se escolher o nível de tensão de acionamento adequado, levando em consideração a alta velocidade, a suavidade, o calor, o ruído e outros indicadores.

Em todos os tipos de motores de passo, o interior é composto por um núcleo de ferro e uma bobina de enrolamento. A bobina possui resistência e, quando energizada, produz perdas. A magnitude dessas perdas é proporcional ao quadrado da resistência e da corrente, frequentemente referida como perda de cobre. Se a corrente não for CC padrão ou senoidal, também haverá perdas harmônicas. O núcleo apresenta histerese devido às correntes parasitas e, em um campo magnético alternado, também produz perdas. Essas perdas variam de acordo com o material, a corrente, a frequência e a tensão, sendo chamadas de perdas no ferro. As perdas no cobre e no ferro se manifestam na forma de calor, afetando assim a eficiência do motor. Os motores de passo geralmente visam alta precisão de posicionamento e torque, apresentando eficiência relativamente baixa, corrente geralmente alta e alta componente harmônica. A frequência da corrente alternada também varia com a velocidade, resultando em maior geração de calor em motores de passo do que em motores CA convencionais.