步進驅動系統數控切割機過熱現象問答

　　目前我國經濟型數控切割機傳動系統構成中，多采用步進驅動系統作為首選。所謂步進電機，是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
　　具體在數控切割機設備應用方面，由于步進驅動電機內部都是有鐵芯和繞組線圈的。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速而變化，因而步進電機普遍存在發熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。
　　以下是武漢嘉倍德科技就步進驅動系統數控切割機在日常使用過程中用戶企業所反映的一些過熱現象及問題予以解答：

　　問：電機步進電機發熱的合理范圍？
　　答：數控切割機步進電機發熱允許到什么程度，主要取決于電機內部絕緣等級。內部絕緣性能在高溫下(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，電機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;用手只能碰一下，大約在70-80度;滴幾滴水迅速氣化，則90度以上了。

　　問：電機步進電機工作方式不同，發熱也不同？
　　答：采用恒流驅動技術時，數控切割機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。速度高到一定程度，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。靜態和低速時一般發熱高，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，所以上述只是一般情況。

　　問：數控切割機步進電機發熱會影響工作壽命嗎？
　　答：數控切割機電機發熱雖然一般不會影響電機的壽命，對大多數客戶來說沒必要理會。但是，嚴重的發熱會帶來一些負面影響。如電機內部各部分熱膨脹系數不同導致結構應力的變化和內部氣隙的微小變化，會影響電機的動態響應，高速會容易失步。又如有些場合不允許電機的過度發熱，如醫療器械和高精度的測試設備等。因此對電機的發熱應當進行必要的控制。我們的步進電機用在鋼鐵機器人上，環境溫度100多度，至今工作正常。

　　問：電機步進電機發熱問題的解決方案？
　　答：如果電機步進電機驅動器有自動半流模式，盡量讓其工作在半流狀態，因為此時電機步進電機全流工作發熱最大 。 如果負載力矩范圍允許的情況下，可以把電機額定電流降下來，比如5A電機，讓其工作在4A狀態下，選擇低電阻，低電流的電機 步進電機，減少銅損和鐵損。 加裝風機，強制散熱。

　　問：不同種類數控切割機步進驅動發熱是否一樣？
　　答：步進電機在構造上有三種主要類型，具體為反應式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。其中混合式步進電機綜合了反應式和永磁式的優點，其定子上有多相繞組、轉子上采用永磁材料，轉子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態性能好，步距角小，但結構復雜、成本相對較高。按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細分驅動器后效果良好。該種電機的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅動器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅動器后其步距角可細分達256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。從實際發熱綜合數據對比情況來看，兩相混合式步進電機發熱量相對較小。