Analyse des causes de surchauffe des moteurs pas à pas

Raison numéro un.

L'un des avantages les plus significatifs demoteurs pas à pasIl s'agit du contrôle précis réalisable dans un système en boucle ouverte. Le contrôle en boucle ouverte signifie qu'aucune information de retour sur la position (du rotor) n'est requise.

Ce système de commande évite l'utilisation de capteurs et de dispositifs de rétroaction coûteux, tels que les codeurs optiques, car il suffit de suivre les impulsions de commande d'entrée pour connaître la position du rotor. Récemment, certains clients ont fait part à nos ingénieurs moteurs de Shangshe de leurs préoccupations concernant la surchauffe des moteurs pas à pas. Comment résoudre ce problème ? 

1. Réduiremoteur pas à pasRéduire la chaleur permet de limiter les pertes par effet Joule et par effet Fer. En réduisant les pertes par effet Joule dans les deux sens, on diminue le yin électrique et le courant. Cela implique de choisir un moteur avec une faible résistance et un courant nominal aussi faible que possible. Un moteur pas à pas biphasé peut être utilisé en série et non en parallèle, mais cela est souvent incompatible avec les exigences de couple et de vitesse élevée.

2. Pour le moteur sélectionné, il convient d'utiliser pleinement la fonction de contrôle automatique du courant à mi-course et la fonction hors ligne du variateur ; la première réduit automatiquement le courant lorsque le moteur est à l'arrêt, la seconde coupe simplement le courant.

3. De plus, grâce à la forme d'onde du courant quasi sinusoïdale, la commande de moteur pas à pas par subdivision réduit les harmoniques et, par conséquent, l'échauffement du moteur. Il existe plusieurs façons de réduire les pertes fer, notamment en fonction du niveau de tension. Une tension élevée, bien qu'elle améliore les performances à haute vitesse, génère également plus de chaleur. 

4. Il convient de choisir le niveau de tension approprié du moteur d'entraînement, en tenant compte de la bande haute, de la régularité et de la chaleur, du bruit et d'autres indicateurs.

Deuxième raison.

Bien que la chaleur dégagée par un moteur pas à pas n'affecte généralement pas sa durée de vie, la plupart des utilisateurs n'y prêtent pas attention. Cependant, une chaleur excessive peut avoir des conséquences négatives. Par exemple, les variations du coefficient de dilatation thermique interne de chaque composant du moteur, ainsi que les variations de contraintes structurelles et même de faibles variations de l'entrefer interne, affectent sa réponse dynamique. À haute vitesse, le risque de perte de pas est accru. De plus, dans certains cas, comme pour les dispositifs médicaux et les équipements de test de haute précision, une surchauffe des moteurs pas à pas est inacceptable. Il est donc nécessaire de contrôler la chaleur dégagée par le moteur. Ces facteurs sont à l'origine de la chaleur dégagée par le moteur.

1. Le courant réglé par le pilote est supérieur au courant nominal du moteur.

2. La vitesse du moteur est trop rapide.

3. Le moteur possède une inertie et un couple de positionnement importants ; par conséquent, même à vitesse moyenne, il chauffera, sans que cela n'affecte sa durée de vie. Son point de démagnétisation se situe entre 130 et 200 °C. Une température de 70 à 90 °C est donc normale. En général, tant que la température reste inférieure à 130 °C, il n'y a pas de problème. Si vous constatez une surchauffe, réduisez le courant d'entraînement à environ 70 % du courant nominal du moteur ou diminuez légèrement sa vitesse.

Troisième raison.

Le moteur pas à pas, en tant qu'élément d'actionnement numérique, est largement utilisé dans les systèmes de commande de mouvement. De nombreux utilisateurs constatent une forte chaleur dégagée par ces moteurs et s'interrogent sur la normalité de ce phénomène. En réalité, la chaleur est un phénomène courant pour les moteurs pas à pas, mais quel niveau de chaleur est considéré comme normal et comment la minimiser ?

 

Nous procédons ci-dessous à une classification simple, qui, nous l'espérons, trouvera sa place dans les applications pratiques :

1. Principe de chauffage du moteur

On rencontre généralement tous types de moteurs, composés d'un noyau interne et d'un enroulement. Cet enroulement présente une résistance qui, lorsqu'il est alimenté, engendre des pertes. Ces pertes sont proportionnelles au carré de la résistance et du courant ; on les appelle souvent pertes par effet Joule. Si le courant n'est ni continu ni sinusoïdal, on parle également de pertes harmoniques. Le noyau présente un effet d'hystérésis dû aux courants de Foucault. Dans un champ magnétique alternatif, ces pertes sont également génératrices de pertes. Elles dépendent de la taille du matériau, du courant, de la fréquence et de la tension ; on les appelle pertes fer. Les pertes par effet Joule et les pertes fer se manifestent sous forme de chaleur, affectant ainsi le rendement du moteur. Les moteurs pas à pas, conçus pour une précision de positionnement et un couple élevés, ont un rendement relativement faible, un courant généralement important et des composantes harmoniques élevées. La fréquence d'alternance du courant varie également avec la vitesse, ce qui explique leur fort dégagement de chaleur, plus important que celui des moteurs à courant alternatif classiques.

Plage de température raisonnable pour 2 moteurs pas à pas

Le niveau de chaleur admissible pour un moteur dépend largement de son isolation interne. Cette isolation ne se détériore qu'à haute température (supérieure à 130 degrés). Tant que la température interne ne dépasse pas 130 degrés, le moteur ne risque pas d'endommager la bague et la température de surface restera inférieure à 90 degrés. Par conséquent, une température de surface de 70 à 80 degrés est normale pour un moteur pas à pas. Une méthode simple de mesure de la température consiste à utiliser un thermomètre à pointe fine : si la main peut toucher le moteur pendant plus d'une à deux secondes, la température ne dépasse pas 60 degrés ; si elle ne peut que le toucher, la température est d'environ 70 à 80 degrés ; si quelques gouttes d'eau s'évaporent rapidement, la température est supérieure à 90 degrés.

Chauffage par 3 moteurs pas à pas avec changement de vitesse

Lorsqu'on utilise la technologie d'entraînement à courant constant, le courant du moteur pas à pas reste constant à l'arrêt et à basse vitesse afin de maintenir un couple constant. Lorsque la vitesse atteint un certain seuil, le potentiel interne du moteur augmente, le courant diminue progressivement et le couple chute également. Par conséquent, l'échauffement dû aux pertes par effet Joule dépend de la vitesse. À l'arrêt et à basse vitesse, la chaleur est généralement plus importante qu'à haute vitesse. Cependant, les pertes fer (bien que moindres) varient différemment, et la chaleur totale du moteur résulte de la somme des deux. Ainsi, les observations précédentes ne constituent qu'une généralité.

4. Chaleur provoquée par l'impact

Bien que la chaleur dégagée par le moteur n'affecte généralement pas sa durée de vie, la plupart des utilisateurs n'y prêtent pas attention. Pourtant, une chaleur excessive peut avoir des conséquences négatives. Par exemple, les différents coefficients de dilatation thermique des pièces internes du moteur entraînent des variations de contraintes structurelles et de légères modifications de l'entrefer interne, ce qui affecte la réponse dynamique du moteur et peut provoquer des pertes de vitesse à haut régime. De plus, dans certains cas, comme pour les équipements médicaux et les instruments de test de haute précision, une chaleur excessive du moteur est inacceptable. Il est donc essentiel de contrôler la génération de chaleur du moteur.

 5. Comment réduire la chaleur du moteur

Réduire la génération de chaleur revient à réduire les pertes par effet Joule et les pertes fer. La réduction des pertes par effet Joule, qui diminue la résistance et le courant, implique de choisir un moteur à faible résistance et à courant nominal aussi faible que possible. Pour un moteur biphasé, il est possible de l'utiliser en série plutôt qu'en parallèle. Cependant, cela est souvent incompatible avec les exigences de couple et de vitesse élevée. Pour le moteur choisi, il convient d'exploiter pleinement les fonctions de régulation automatique du courant et de mise hors tension du variateur. La première réduit automatiquement le courant lorsque le moteur est à l'arrêt, tandis que la seconde coupe purement et simplement le courant. De plus, grâce à la subdivision du variateur, la forme d'onde du courant étant quasi sinusoïdale, avec moins d'harmoniques, l'échauffement du moteur est également réduit. Il existe plusieurs façons de réduire les pertes fer, et le niveau de tension y est lié. Si une alimentation haute tension améliore les performances à haute vitesse, elle augmente également la génération de chaleur. Il est donc important de choisir un niveau de tension d'alimentation approprié, en tenant compte de la vitesse élevée, de la régularité du fonctionnement, de la chaleur dégagée, du bruit et d'autres indicateurs.

Pour tous les types de moteurs pas à pas, l'intérieur est composé d'un noyau de fer et d'un enroulement. Cet enroulement présente une résistance qui, lorsqu'il est alimenté, engendre des pertes. L'importance de ces pertes est proportionnelle au carré de la résistance et au courant ; on parle alors de pertes par effet Joule. Si le courant n'est ni continu ni sinusoïdal, des pertes harmoniques s'y ajoutent. Le noyau présente également des pertes dues aux courants de Foucault, qui, dans un champ magnétique alternatif, génèrent des pertes. Ces pertes dépendent de la taille des matériaux, du courant, de la fréquence et de la tension ; on parle alors de pertes fer. Les pertes par effet Joule et les pertes fer se manifestent par un dégagement de chaleur, affectant ainsi le rendement du moteur. Les moteurs pas à pas étant généralement conçus pour une grande précision de positionnement et un couple élevé, leur rendement est relativement faible. Le courant y est généralement assez important, avec des composantes harmoniques élevées. La fréquence d'alternance du courant varie également avec la vitesse, ce qui explique le dégagement de chaleur généralement important des moteurs pas à pas, plus prononcé que pour les moteurs à courant alternatif classiques.