Principe de génération de chaleurmoteur pas à pas.
1. On voit généralement toutes sortes de moteurs, les éléments internes sont un noyau de fer et une bobine d'enroulement.L'enroulement présente une résistance et, lorsqu'il est alimenté, il génère des pertes. L'importance de ces pertes est proportionnelle au carré de la résistance et au courant ; on les appelle souvent pertes par effet Joule. Si le courant n'est pas un courant continu standard ou une onde sinusoïdale, des pertes harmoniques apparaissent également. Le noyau présente un effet d'hystérésis dû aux courants de Foucault ; dans un champ magnétique alternatif, des pertes sont également générées. Leur taille, leur matériau, le courant, la fréquence et la tension sont des facteurs déterminants ; 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.
2, la plage raisonnable demoteur pas à paschaleur.
La chaleur admissible du moteur dépend principalement du niveau d'isolation interne. L'isolation interne résiste aux hautes températures (130 °C ou plus) avant d'être endommagée. Tant que la température interne ne dépasse pas 130 °C, le moteur ne subira pas de défaillance et la température de surface restera inférieure à 90 °C.
Par conséquent, une température de surface du moteur pas à pas comprise entre 70 et 80 degrés est normale. Une méthode simple de mesure de la température consiste à utiliser un thermomètre à pointe fine : si la main peut s'y enfoncer pendant plus d'une à deux secondes, la température ne dépasse pas 60 degrés ; si elle s'y enfonce légèrement, elle est d'environ 70 à 80 degrés ; si quelques gouttes d'eau s'évaporent rapidement, la température est supérieure à 90 degrés.
3, moteur pas à pasChauffage avec variations de vitesse.
Lorsqu'on utilise la technologie d'entraînement à courant constant pour les moteurs pas à pas fonctionnant à l'arrêt ou à basse vitesse, le courant reste constant 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 importante, tandis qu'à haute vitesse, elle est faible. Cependant, les pertes par effet Joule (bien que moindres) varient différemment, et la chaleur dégagée par le moteur est la somme des deux. Ce qui précède ne représente donc qu'une situation générale.
4. L'impact de la chaleur.
Bien que la chaleur du 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. À haute vitesse, le moteur risque alors de perdre des pas. De plus, dans certains cas, comme pour les équipements médicaux et les appareils de test de haute précision, une chaleur excessive du moteur est inacceptable. Il est donc indispensable de contrôler la chaleur du moteur.
5. Comment réduire la chaleur du moteur ?
Réduire la production de chaleur revient à réduire les pertes par effet Joule et les pertes fer. La réduction des pertes par effet Joule, agissant dans les deux sens, diminue la résistance et le courant. Ceci implique de choisir un moteur présentant une faible résistance et un courant nominal aussi bas que possible. Dans le cas d'un moteur biphasé, il est possible de l'utiliser en série plutôt qu'en parallèle. Cependant, cette solution est souvent incompatible avec les exigences de couple et de vitesse élevée. Pour le moteur sélectionné, 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 de tension, le courant, proche d'une sinusoïde, génère moins d'harmoniques et donc moins d'échauffement du moteur. Il existe plusieurs moyens de réduire les pertes fer, et le niveau de tension y contribue. Si une alimentation haute tension améliore les performances à haute vitesse, elle augmente également la production de chaleur. Il est donc essentiel de choisir la tension d'alimentation appropriée, en tenant compte de la vitesse, de la régularité du fonctionnement, de la chaleur dégagée, du bruit et d'autres paramètres.
Techniques de commande des processus d'accélération et de décélération des moteurs pas à pas.
Avec la généralisation des moteurs pas à pas, l'étude de leur commande s'intensifie. Lors du démarrage ou de l'accélération, si l'impulsion du moteur pas à pas varie trop rapidement, le rotor, par inertie, ne suit pas les variations du signal électrique, ce qui entraîne un blocage ou une perte de pas. À l'arrêt ou en décélération, le même phénomène peut provoquer un dépassement de pas. Afin de prévenir ces blocages, pertes de pas et dépassements, et d'améliorer la fréquence de fonctionnement, la commande de vitesse des moteurs pas à pas est essentielle.
La vitesse d'un moteur pas à pas dépend de la fréquence des impulsions, du nombre de dents du rotor et du nombre de battements. Sa vitesse angulaire est proportionnelle à la fréquence des impulsions et synchronisée avec celles-ci. Ainsi, si le nombre de dents du rotor et le nombre de battements sont connus, la vitesse souhaitée peut être obtenue en contrôlant la fréquence des impulsions. Le moteur pas à pas étant démarré grâce à son couple synchrone, sa fréquence de démarrage est faible afin d'éviter les pertes de pas. En particulier, lorsque la puissance augmente, le diamètre du rotor et l'inertie augmentent également, et la fréquence de démarrage peut différer d'un facteur dix par rapport à la fréquence de fonctionnement maximale.
Les caractéristiques de fréquence de démarrage d'un moteur pas à pas font que celui-ci ne démarre pas directement à sa fréquence de fonctionnement, mais effectue une phase de démarrage progressive, c'est-à-dire une montée en vitesse graduelle depuis une basse vitesse jusqu'à la fréquence de fonctionnement. L'arrêt ne se fait pas lorsque la fréquence de fonctionnement ne s'annule pas instantanément, mais par une réduction progressive de la vitesse jusqu'à zéro.
Le couple de sortie d'un moteur pas à pas diminue avec l'augmentation de la fréquence d'impulsion. Plus la fréquence de démarrage est élevée, plus le couple de démarrage est faible, ce qui réduit la capacité du moteur à entraîner la charge. Le démarrage entraîne alors une perte de pas, et l'arrêt, un dépassement. Pour qu'un moteur pas à pas atteigne rapidement la vitesse requise sans perte de pas ni dépassement, il est essentiel d'optimiser l'accélération. Le couple d'accélération nécessaire pour exploiter pleinement le couple fourni par le moteur à chaque fréquence de fonctionnement ne doit pas être dépassé. Par conséquent, le fonctionnement d'un moteur pas à pas se déroule généralement en trois phases : accélération, stabilisation et décélération. Les durées d'accélération et de décélération doivent être minimales, tandis que la durée de la phase de stabilisation doit être maximale. En particulier, pour les applications exigeant une réponse rapide, où le temps de fonctionnement entre le démarrage et la fin doit être minimal, les phases d'accélération et de décélération doivent être les plus courtes possible, tout en maintenant une vitesse maximale à vitesse constante.
Des scientifiques et techniciens, tant en Chine qu'à l'étranger, ont mené de nombreuses recherches sur la technologie de contrôle de vitesse des moteurs pas à pas et ont établi divers modèles mathématiques de contrôle d'accélération et de décélération, tels que les modèles exponentiel et linéaire. Sur la base de ces modèles, divers circuits de commande ont été conçus et développés afin d'améliorer les caractéristiques de mouvement des moteurs pas à pas et d'étendre leur champ d'application. L'accélération et la décélération exponentielles tiennent compte des caractéristiques couple-fréquence inhérentes aux moteurs pas à pas, garantissant ainsi un mouvement continu et exploitant pleinement leurs caractéristiques intrinsèques, notamment le temps de montée en vitesse. Cependant, cette méthode est difficile à mettre en œuvre en raison des variations de charge. Quant à l'accélération et la décélération linéaires, elles ne considèrent que la relation de proportionnalité entre la vitesse angulaire et l'impulsion dans la plage de charge du moteur, sans tenir compte des fluctuations de la tension d'alimentation, de l'environnement de charge et des variations des caractéristiques. Cette méthode d'accélération est constante et présente l'inconvénient de ne pas prendre pleinement en compte les variations du couple de sortie du moteur. À haute vitesse, le moteur pas à pas peut présenter des problèmes de stabilité. étape.
Il s'agit d'une introduction au principe de chauffage et à la technologie de contrôle du processus d'accélération/décélération des moteurs pas à pas.
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Date de publication : 27 avril 2023