步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控切割機(jī)過熱現(xiàn)象問答

　　目前我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控切割機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成中，多采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為首選。所謂步進(jìn)電機(jī)，是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
　　具體在數(shù)控切割機(jī)設(shè)備應(yīng)用方面，由于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)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。
　　以下是武漢嘉倍德科技就步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控切割機(jī)在日常使用過程中用戶企業(yè)所反映的一些過熱現(xiàn)象及問題予以解答：

　　問：電機(jī)步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱的合理范圍？
　　答：數(shù)控切割機(jī)步進(jìn)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)便不會(huì)損壞，而這時(shí)表面溫度會(huì)在90度以下。所以，電機(jī)步進(jìn)電機(jī)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(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。

　　問：電機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作方式不同，發(fā)熱也不同？
　　答：采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí)，數(shù)控切割機(jī)步進(jìn)電機(jī)在靜態(tài)和低速下，電流會(huì)維持相對(duì)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。

　　問：數(shù)控切割機(jī)步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱會(huì)影響工作壽命嗎？
　　答：數(shù)控切割機(jī)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)客戶來說沒必要理會(huì)。但是，嚴(yán)重的發(fā)熱會(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。我們的步進(jìn)電機(jī)用在鋼鐵機(jī)器人上，環(huán)境溫度100多度，至今工作正常。

　　問：電機(jī)步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱問題的解決方案？
　　答：如果電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有自動(dòng)半流模式，盡量讓其工作在半流狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)全流工作發(fā)熱最大 。 如果負(fù)載力矩范圍允許的情況下，可以把電機(jī)額定電流降下來，比如5A電機(jī)，讓其工作在4A狀態(tài)下，選擇低電阻，低電流的電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)，減少銅損和鐵損。 加裝風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制散熱。

　　問：不同種類數(shù)控切割機(jī)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)發(fā)熱是否一樣？
　　答：步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型，具體為反應(yīng)式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。其中混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)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(jìn)電機(jī)，約占97%以上的市場份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動(dòng)器后，步距角減少為0.9°，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低。從實(shí)際發(fā)熱綜合數(shù)據(jù)對(duì)比情況來看，兩相混合式步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱量相對(duì)較小。