步進電機是廣泛使用的運動控制設備，因為它們設置簡單，并且具有開環(huán)配置的精確定位。但是可能出現(xiàn)與發(fā)熱有關的問題。這是因為為開環(huán)步進電機供電的驅動器不使用反饋來控制提供給該電機的電流量。相反，驅動器始終提供全電流......無論電機的扭矩需求如何。因此電機以過高的速率消耗功率...... 浪費能量并產(chǎn)生可避免的熱量。

在某些應用中，操作員使用盡可能多的電流來運行開環(huán)步進電機，以產(chǎn)生盡可能大的扭矩。這可確保電機在應用中達到其位置。但隨著電流的增加，電機溫度也隨之增加。如果電機溫度過高，繞組短路，電機停止工作。因此，設計工程師（和電機終端用戶）必須找到最大化電機扭矩的方法，同時避免電機過熱。

一種行業(yè)方法是設置驅動器以使電動機達到額定電流。這樣做會使電機發(fā)熱但不會太熱。步進電機溫度達到70°，80°甚至90°C是正常的。雖然這些溫度太高而無法接觸電機，但電機本身沒有受到傷害。

但設計工程師（和電機終端用戶）還能如何減少電機熱量？在這里，我們將探索另外三種方式：

減少空閑（保持）電流

減少運行電流

切換到閉環(huán)控制

首先 - 減少電機的空轉（保持）電流

當電機加速和減速以滿足其標記時，許多運動控制應用需要最大的扭矩。但是當電機空轉或保持位置時，它需要的扭矩要小得多。這些情況是降低電機電流的好時機。

大多數(shù)現(xiàn)代步進驅動器都會自動完成。例如，驅動器可能會將空閑電流降低到運行電流的50％。更復雜的步進驅動器讓設計工程師可以將空閑電流編程為0到100％之間的任何值。如果步進電機甚至在適度靜止時間內(nèi)停留，則減小空轉電流會對電機發(fā)熱產(chǎn)生重大影響。

第二 - 減少運行電流

在選擇步進電機時，許多設計工程師都會謹慎行事 - 通常選擇一種具有足夠扭矩（而不是足夠）的電機，以滿足當前的應用需求。在這些情況下，可以通過一些試錯測試來降低電機的運行電流。基本上，這需要將運行電流減少一小部分并監(jiān)視運動輸出。如果此試運行證明成功，則再次降低運行電流并重新測試電機性能。

繼續(xù)進行調(diào)整，直到電機錯位或失速。然后稍微增加電流，使電機恢復準確定位。在某些情況下 - 特別是當步進電機超大應用時 - 工程師可以將運行電流降低到足以可測量地降低電機溫度。

第三 - 切換到閉環(huán)步進電機系統(tǒng)

當用閉環(huán)步進電機系統(tǒng)替換開環(huán)步進電機系統(tǒng)時，會產(chǎn)生最顯著的熱量產(chǎn)生。當配備高分辨率編碼器并由合適的閉環(huán)驅動器供電時，步進電機可在伺服控制回路內(nèi)操作。這種相對較新的系統(tǒng)配置需要工程師替換應用程序的電機和驅動器。但降溫幅度通常是值得的。

回顧一下，閉環(huán)步進電機系統(tǒng)使用反饋回路來精確控制步進電機電流，速度和位置。電流回路確保驅動器提供給電機的電流僅是滿足轉矩需求所需的電流。當電動機沒有產(chǎn)生轉矩（或產(chǎn)生任何小于最大轉矩的電動機）時，電動機的電流會相應地自動下降。這種閉環(huán)控制方案顯著提高了電機溫度......在某些應用中將其降低了50％或更多。

閉環(huán)步進電機的其他優(yōu)點是加速更快，吞吐量更高（扭矩比額定保持扭矩高50％）以及更安靜的運行（甚至更安靜10 dB），因為電機繞組中的電流更小。加上沒有檔位，系統(tǒng)精度更高。

測試結果證實，閉環(huán)步進電機僅在需要時吸收電流，因此它們比開環(huán)選項運行溫度更低，功耗更低。考慮運行開環(huán)和閉環(huán)變化的實際測試以獲得相同的運動輪廓：

• 加速度= 100轉/秒2，減速度= 100轉/秒2

• 距離= 5轉，速度= 10轉/秒

• 停留時間= 0.1秒

兩者都具有設定負載慣量和轉子慣量，并采用48 Vdc電源供電。下圖中的結果表明，提供此類輸出的開環(huán)步進系統(tǒng)的平均功耗為43.8 W.

相比之下，類似的閉環(huán)步進系統(tǒng)僅消耗14.2 W來提供相同的程序。降低功耗意味著更少的熱量產(chǎn)生和更低的能源費用。