Nguyên lý gia nhiệt của động cơ bước và công nghệ điều khiển quá trình tăng tốc và giảm tốc.

Nguyên lý sinh nhiệt củađộng cơ bước.

 

 

1. Thường thấy ở các loại động cơ, bên trong chúng đều gồm lõi sắt và cuộn dây.Cuộn dây có điện trở, khi được cấp điện sẽ sinh ra tổn hao, độ lớn của tổn hao tỷ lệ thuận với bình phương điện trở và dòng điện, thường được gọi là tổn hao đồng. Nếu dòng điện không phải là dòng điện một chiều chuẩn hoặc sóng sin, cũng sẽ sinh ra tổn hao hài; lõi có hiệu ứng dòng điện xoáy trễ, trong từ trường xoay chiều cũng sẽ sinh ra tổn hao, độ lớn của nó phụ thuộc vào vật liệu, dòng điện, tần số, điện áp, được gọi là tổn hao sắt. Tổn hao đồng và tổn hao sắt sẽ biểu hiện dưới dạng nhiệt, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ. Động cơ bước thường theo đuổi độ chính xác định vị và mô-men xoắn đầu ra, hiệu suất tương đối thấp, dòng điện thường tương đối lớn và có thành phần hài cao, tần số dao động của dòng điện cũng thay đổi theo tốc độ, do đó động cơ bước thường sinh nhiệt, và tình trạng này nghiêm trọng hơn so với động cơ AC thông thường.

2, phạm vi hợp lý củađộng cơ bướcnhiệt.

Mức độ nhiệt mà động cơ cho phép chủ yếu phụ thuộc vào mức độ cách điện bên trong của động cơ. Khả năng cách điện bên trong ở nhiệt độ cao (130 độ trở lên) sẽ bị phá hủy trước khi bị hư hỏng. Vì vậy, miễn là nhiệt độ bên trong không vượt quá 130 độ, động cơ sẽ không bị hỏng vòng điện, và nhiệt độ bề mặt sẽ dưới 90 độ tại thời điểm này.

Do đó, nhiệt độ bề mặt động cơ bước ở mức 70-80 độ là bình thường. Phương pháp đo nhiệt độ đơn giản bằng nhiệt kế điểm có thể hữu ích, bạn cũng có thể xác định sơ bộ: nếu dùng tay chạm vào hơn 1-2 giây, nhiệt độ không quá 60 độ; nếu chỉ dùng tay chạm vào, nhiệt độ khoảng 70-80 độ; nếu vài giọt nước nhanh chóng bốc hơi, nhiệt độ trên 90 độ.

3, động cơ bướcgia nhiệt với sự thay đổi tốc độ.

Khi sử dụng công nghệ điều khiển dòng điện không đổi, ở trạng thái tĩnh và tốc độ thấp, dòng điện sẽ duy trì không đổi đối với động cơ bước để giữ cho mô-men xoắn đầu ra không đổi. Khi tốc độ tăng lên đến một mức nhất định, điện thế ngược bên trong động cơ tăng lên, dòng điện sẽ giảm dần, và mô-men xoắn cũng sẽ giảm theo.

Do đó, tình trạng sinh nhiệt do hao hụt đồng sẽ phụ thuộc vào tốc độ. Ở chế độ tĩnh và tốc độ thấp thường sinh nhiệt cao, trong khi tốc độ cao sinh nhiệt thấp. Nhưng sự hao hụt sắt (mặc dù với tỷ lệ nhỏ hơn) lại không giống nhau, và tổng nhiệt lượng của động cơ là tổng của cả hai, vì vậy những điều trên chỉ là tình huống tổng quát.

4. Tác động của nhiệt độ.

Mặc dù nhiệt độ động cơ thường không ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ, và đa số khách hàng không cần phải chú ý đến nó. Tuy nhiên, nếu vấn đề này nghiêm trọng, nó sẽ gây ra một số tác động tiêu cực. Ví dụ, hệ số giãn nở nhiệt khác nhau của các bộ phận bên trong động cơ dẫn đến sự thay đổi ứng suất kết cấu và những thay đổi nhỏ trong khe hở không khí bên trong sẽ ảnh hưởng đến phản ứng động học của động cơ, dễ bị mất bước ở tốc độ cao. Một ví dụ khác là trong một số trường hợp không được phép động cơ quá nóng, chẳng hạn như thiết bị y tế và thiết bị kiểm tra độ chính xác cao, v.v. Do đó, việc kiểm soát nhiệt độ của động cơ là cần thiết.

5. Làm thế nào để giảm nhiệt độ của động cơ.

Giảm sinh nhiệt là để giảm tổn hao đồng và tổn hao sắt. Giảm tổn hao đồng theo hai hướng, giảm điện trở và dòng điện, điều này đòi hỏi phải chọn động cơ có điện trở và dòng điện định mức nhỏ nhất có thể, đối với động cơ hai pha, động cơ có thể được sử dụng nối tiếp mà không cần song song. Nhưng điều này thường mâu thuẫn với yêu cầu về mô-men xoắn và tốc độ cao. Đối với động cơ đã chọn, chức năng điều khiển dòng điện một nửa tự động và chức năng ngoại tuyến của bộ điều khiển cần được tận dụng tối đa, chức năng đầu tiên tự động giảm dòng điện khi động cơ dừng, còn chức năng thứ hai đơn giản là ngắt dòng điện.

Ngoài ra, với phương pháp điều khiển phân chia, do dạng sóng dòng điện gần với dạng sóng hình sin, ít sóng hài hơn, nên động cơ cũng sẽ ít bị nóng lên. Có một vài cách để giảm tổn hao sắt, và mức điện áp có liên quan đến điều này. Mặc dù động cơ được điều khiển bằng điện áp cao sẽ làm tăng đặc tính tốc độ cao, nhưng nó cũng làm tăng lượng nhiệt sinh ra. Vì vậy, chúng ta nên chọn mức điện áp điều khiển phù hợp, cân nhắc đến tốc độ cao, độ êm ái và các chỉ số về nhiệt độ, tiếng ồn và các yếu tố khác.

Các kỹ thuật điều khiển quá trình tăng tốc và giảm tốc của động cơ bước.

Với sự phổ biến rộng rãi của động cơ bước, việc nghiên cứu điều khiển động cơ bước cũng ngày càng tăng. Trong quá trình khởi động hoặc tăng tốc, nếu xung bước thay đổi quá nhanh, rôto do quán tính sẽ không theo kịp sự thay đổi của tín hiệu điện, dẫn đến kẹt hoặc mất bước; trong quá trình dừng hoặc giảm tốc, cũng vì lý do tương tự có thể gây ra hiện tượng vượt bước. Để ngăn ngừa hiện tượng kẹt, mất bước và vượt bước, cần cải thiện tần số hoạt động, từ đó nâng cao khả năng điều khiển tốc độ của động cơ bước.

Tốc độ của động cơ bước phụ thuộc vào tần số xung, số răng rôto và số xung nhịp. Tốc độ góc của nó tỷ lệ thuận với tần số xung và được đồng bộ hóa theo thời gian với xung. Do đó, nếu số răng rôto và số xung nhịp được xác định trước, tốc độ mong muốn có thể đạt được bằng cách điều khiển tần số xung. Vì động cơ bước được khởi động nhờ mômen xoắn đồng bộ, tần số khởi động không được cao để tránh mất bước. Đặc biệt khi công suất tăng, đường kính rôto tăng, quán tính tăng, và tần số khởi động và tần số hoạt động tối đa có thể khác nhau đến mười lần.

Đặc tính tần số khởi động của động cơ bước là khi khởi động, động cơ không thể trực tiếp đạt đến tần số hoạt động mà phải trải qua quá trình khởi động, tức là tăng dần từ tốc độ thấp đến tốc độ hoạt động. Khi dừng, tần số hoạt động không thể giảm ngay lập tức xuống 0 mà phải giảm dần từ tốc độ cao xuống 0.

 

Mô-men xoắn đầu ra của động cơ bước giảm khi tần số xung tăng, tần số khởi động càng cao thì mô-men xoắn khởi động càng nhỏ, khả năng dẫn tải càng kém, dẫn đến mất bước khi khởi động, và khi dừng sẽ xảy ra hiện tượng vượt tốc. Để động cơ bước nhanh chóng đạt được tốc độ yêu cầu mà không bị mất bước hoặc vượt tốc, điều quan trọng là phải thực hiện quá trình tăng tốc sao cho mô-men xoắn tăng tốc cần thiết phải tận dụng tối đa mô-men xoắn do động cơ bước cung cấp ở mỗi tần số hoạt động, và không được vượt quá mô-men xoắn này. Do đó, hoạt động của động cơ bước nói chung phải trải qua ba giai đoạn: tăng tốc, tốc độ đều, giảm tốc, thời gian tăng tốc và giảm tốc càng ngắn càng tốt, thời gian duy trì tốc độ không đổi càng dài càng tốt. Đặc biệt trong các công việc yêu cầu phản hồi nhanh, thời gian hoạt động từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc cần phải ngắn nhất, điều này đòi hỏi quá trình tăng tốc và giảm tốc phải ngắn nhất, trong khi tốc độ cao nhất được duy trì ở tốc độ không đổi.

 

Các nhà khoa học và kỹ thuật viên trong và ngoài nước đã tiến hành nhiều nghiên cứu về công nghệ điều khiển tốc độ của động cơ bước, và đã thiết lập nhiều mô hình toán học điều khiển tăng tốc và giảm tốc, chẳng hạn như mô hình hàm mũ, mô hình tuyến tính, v.v., và trên cơ sở đó đã thiết kế và phát triển nhiều mạch điều khiển khác nhau để cải thiện đặc tính chuyển động của động cơ bước, nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng của động cơ bước. Việc tăng tốc và giảm tốc theo hàm mũ có tính đến đặc tính mômen-tần số vốn có của động cơ bước, vừa đảm bảo động cơ bước chuyển động không bị mất bước, vừa phát huy tối đa đặc tính vốn có của động cơ, rút ​​ngắn thời gian tăng tốc, nhưng do sự thay đổi tải trọng của động cơ, nên khó đạt được điều này. Trong khi đó, việc tăng tốc và giảm tốc tuyến tính chỉ xem xét vận tốc góc và xung tỷ lệ thuận với phạm vi tải trọng của động cơ, không tính đến sự thay đổi đặc tính do dao động của điện áp cung cấp, môi trường tải và các yếu tố khác. Phương pháp tăng tốc này có gia tốc không đổi, nhược điểm là không xem xét đầy đủ mômen đầu ra của động cơ bước và đặc tính thay đổi tốc độ, dẫn đến hiện tượng mất bước ở tốc độ cao.

 

Đây là phần giới thiệu về nguyên lý gia nhiệt và công nghệ điều khiển quá trình tăng/giảm tốc của động cơ bước.

Nếu bạn muốn giao tiếp và hợp tác với chúng tôi, vui lòng liên hệ!

Chúng tôi tương tác chặt chẽ với khách hàng, lắng nghe nhu cầu của họ và đáp ứng yêu cầu của họ. Chúng tôi tin rằng mối quan hệ đối tác cùng có lợi dựa trên chất lượng sản phẩm và dịch vụ khách hàng.